RU2419813C2 - Method and device for measuring distance - Google Patents
Method and device for measuring distance Download PDFInfo
- Publication number
- RU2419813C2 RU2419813C2 RU2008112680/09A RU2008112680A RU2419813C2 RU 2419813 C2 RU2419813 C2 RU 2419813C2 RU 2008112680/09 A RU2008112680/09 A RU 2008112680/09A RU 2008112680 A RU2008112680 A RU 2008112680A RU 2419813 C2 RU2419813 C2 RU 2419813C2
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- wave
- distance
- signal
- frequency
- mixed
- Prior art date
Links
Images
Classifications
-
- G—PHYSICS
- G01—MEASURING; TESTING
- G01S—RADIO DIRECTION-FINDING; RADIO NAVIGATION; DETERMINING DISTANCE OR VELOCITY BY USE OF RADIO WAVES; LOCATING OR PRESENCE-DETECTING BY USE OF THE REFLECTION OR RERADIATION OF RADIO WAVES; ANALOGOUS ARRANGEMENTS USING OTHER WAVES
- G01S13/00—Systems using the reflection or reradiation of radio waves, e.g. radar systems; Analogous systems using reflection or reradiation of waves whose nature or wavelength is irrelevant or unspecified
- G01S13/02—Systems using reflection of radio waves, e.g. primary radar systems; Analogous systems
- G01S13/06—Systems determining position data of a target
- G01S13/08—Systems for measuring distance only
-
- G—PHYSICS
- G01—MEASURING; TESTING
- G01S—RADIO DIRECTION-FINDING; RADIO NAVIGATION; DETERMINING DISTANCE OR VELOCITY BY USE OF RADIO WAVES; LOCATING OR PRESENCE-DETECTING BY USE OF THE REFLECTION OR RERADIATION OF RADIO WAVES; ANALOGOUS ARRANGEMENTS USING OTHER WAVES
- G01S13/00—Systems using the reflection or reradiation of radio waves, e.g. radar systems; Analogous systems using reflection or reradiation of waves whose nature or wavelength is irrelevant or unspecified
- G01S13/02—Systems using reflection of radio waves, e.g. primary radar systems; Analogous systems
- G01S13/06—Systems determining position data of a target
- G01S13/08—Systems for measuring distance only
- G01S13/32—Systems for measuring distance only using transmission of continuous waves, whether amplitude-, frequency-, or phase-modulated, or unmodulated
-
- G—PHYSICS
- G01—MEASURING; TESTING
- G01S—RADIO DIRECTION-FINDING; RADIO NAVIGATION; DETERMINING DISTANCE OR VELOCITY BY USE OF RADIO WAVES; LOCATING OR PRESENCE-DETECTING BY USE OF THE REFLECTION OR RERADIATION OF RADIO WAVES; ANALOGOUS ARRANGEMENTS USING OTHER WAVES
- G01S13/00—Systems using the reflection or reradiation of radio waves, e.g. radar systems; Analogous systems using reflection or reradiation of waves whose nature or wavelength is irrelevant or unspecified
- G01S13/02—Systems using reflection of radio waves, e.g. primary radar systems; Analogous systems
- G01S13/06—Systems determining position data of a target
- G01S13/08—Systems for measuring distance only
- G01S13/10—Systems for measuring distance only using transmission of interrupted, pulse modulated waves
-
- H—ELECTRICITY
- H03—ELECTRONIC CIRCUITRY
- H03M—CODING; DECODING; CODE CONVERSION IN GENERAL
- H03M1/00—Analogue/digital conversion; Digital/analogue conversion
- H03M1/12—Analogue/digital converters
Landscapes
- Engineering & Computer Science (AREA)
- Radar, Positioning & Navigation (AREA)
- Remote Sensing (AREA)
- Computer Networks & Wireless Communication (AREA)
- Physics & Mathematics (AREA)
- General Physics & Mathematics (AREA)
- Theoretical Computer Science (AREA)
- Radar Systems Or Details Thereof (AREA)
Abstract
Description
Область техники, к которой относится изобретениеFIELD OF THE INVENTION
Настоящее изобретение относится к устройству измерения расстояния и способу измерения расстояния, и более конкретно, к устройству измерения расстояния и способу измерения расстояния, которые детектируют смешанную волну, состоящую из бегущей волны, выводимой из источника сигнала, и отраженной волны, полученной от бегущей волны, отраженной от объекта измерения, и измеряют расстояние до объекта измерения.The present invention relates to a distance measuring device and a distance measuring method, and more particularly, to a distance measuring device and a distance measuring method that detects a mixed wave consisting of a traveling wave outputted from a signal source and a reflected wave received from a traveling wave, reflected from the measurement object, and measure the distance to the measurement object.
Уровень техникиState of the art
В качестве обычных устройств измерения расстояния известно использование электрической волны, импульсного радара, радара FMCW (НЧМС, непрерывный частотно-модулированный сигнал) и других радаров.As conventional distance measuring devices, it is known to use an electric wave, a pulsed radar, an FMCW radar (LFMS, continuous frequency modulated signal) and other radars.
Импульсный радар передает импульсный сигнал, измеряет время, в течение которого этот импульсный сигнал отражается объектом измерения, и определяет расстояние до объекта измерения. Кроме того, радар FMCW передает непрерывный сигнал с колебанием частоты и измеряет расстояние до объекта измерения по разности частот между переданными сигналами и отраженными сигналами. В дополнение к этому существуют радар с расширенным спектром, радар с кодированным импульсом и другие, но эти радары измеряют расстояние на основе времени распространения сигналов до измеряемого объекта и обратно, как и в случае импульсного радара.A pulse radar transmits a pulse signal, measures the time during which this pulse signal is reflected by the measurement object, and determines the distance to the measurement object. In addition, the FMCW radar transmits a continuous signal with a frequency oscillation and measures the distance to the measurement object from the frequency difference between the transmitted signals and the reflected signals. In addition to this, there is a spread spectrum radar, a coded pulse radar, and others, but these radars measure the distance based on the propagation time of the signals to the measured object and vice versa, as in the case of a pulsed radar.
Одновременно с этим, упомянутые выше радары, в принципе, измеряют время распространения сигналов до измеряемого объекта и обратно и имеют недостаток, связанный с тем, что их разрешающая способность составляет несколько десятков метров, поэтому трудно выполнять измерения на близком расстоянии в пределах нескольких десятков метров. Кроме того, в связи с тем, что радар FMCW измеряет расстояние до объекта измерения по разности частот между переданными сигналами и отраженными сигналами, в нем возникает проблема, связанная с необходимостью поддержания линейности изменения частоты передаваемых сигналов, а также проблема "фальшивого объекта", связанная с утечкой передаваемых сигналов на сторону приема; в нем также требуется (на высоком уровне) поддерживать точность выходных сигналов для удовлетворения линейности изменения частоты, требуется использовать отдельные антенны для стороны приема и стороны передачи с тем, чтобы исключить утечку передаваемых сигналов на сторону приема, для исключения возникновения явления "фальшивого объекта" и других проблем, кроме того, на этой основе трудно построить простую конструкцию.At the same time, the above-mentioned radars, in principle, measure the propagation time of signals to the measured object and vice versa and have the disadvantage that their resolution is several tens of meters, so it is difficult to measure at close distances within a few tens of meters. In addition, due to the fact that the FMCW radar measures the distance to the measurement object from the frequency difference between the transmitted signals and the reflected signals, it raises the problem of maintaining the linearity of the frequency change of the transmitted signals, as well as the problem of a “fake object” related with leakage of transmitted signals to the receiving side; it also requires (at a high level) to maintain the accuracy of the output signals to satisfy the linearity of the frequency change, it is required to use separate antennas for the receiving side and the transmitting side in order to prevent leakage of the transmitted signals to the receiving side, to prevent the occurrence of a “fake object” and other problems, in addition, on this basis it is difficult to build a simple structure.
Таким образом, существует устройство измерения расстояния, такое как показано на фиг. 23, которое основано на концепции, состоящей в том, что стоячая волна генерируется в случае, если существует отражение (отраженная волна) от объекта измерения, когда электромагнитную волну, которая имеет только один частотный компонент, передают к объекту измерения, в качестве бегущей волны, от источника генерирования электромагнитной волны; устройство передает электромагнитную волну, которая имеет только один частотный компонент, к объекту измерения, одновременно ступенчато переключая частоту, детектирует стоячую волну, генерируемую при возникновении интерференции между передаваемой волной и волной, отраженной от объекта измерения, и определяет расстояние между точкой детектирования и объектом измерения на основе результата расчета переменного периода амплитуд этой стоячей волны (см. патентный документ 1).Thus, there is a distance measuring device, such as shown in FIG. 23, which is based on the concept that a standing wave is generated if there is reflection (reflected wave) from the measurement object, when an electromagnetic wave that has only one frequency component is transmitted to the measurement object as a traveling wave, from an electromagnetic wave generating source; the device transmits an electromagnetic wave that has only one frequency component to the measurement object, simultaneously switching the frequency in steps, detects a standing wave generated when interference occurs between the transmitted wave and the wave reflected from the measurement object, and determines the distance between the detection point and the measurement object at based on the result of calculating the variable period of the amplitudes of this standing wave (see patent document 1).
Устройство измерения расстояния, описанное в патентном документе 1, детектирует стоячую волну, генерируемую при возникновении интерференции между бегущей волной, которая имеет только один частотный компонент, и отраженной волной, получаемой в результате отражения бегущей волны от объекта измерения; поэтому в устройстве измерения расстояния не требуется предотвращать утечку передаваемого сигнала на сторону приема, как в случае радара FMCW, и т.д., и может быть построена простая конструкция. Кроме того, по сравнению с импульсным радаром, радаром FMCW и другими радарами, устройство измерения расстояния, представленное в патентном документе 1, позволяет выполнять точные измерения, даже при измерениях на близком расстоянии.The distance measuring device described in
Устройство измерения расстояния, представленное в патентном документе 1, однако, эффективно, когда скорость перемещения между объектом измерения и устройством измерения расстояния относительно мала, и расстоянием перемещения в пределах времени измерения можно пренебречь, но когда скорость перемещения между объектом измерения и устройством измерения расстояния велика, и расстоянием перемещения в пределах времени измерения пренебречь нельзя, с помощью такого устройства измерения расстояния трудно получить правильно измеренные значения из-за эффекта Доплера.The distance measuring device presented in
Для точного измерения расстояния до движущегося объекта измерения используется устройство измерения расстояния, которое увеличивает и уменьшает частоту сигнала, которое имеет только один частотный компонент, соответствующий заданному ступенчатому переключению частоты, передает его в виде бегущей волны, детектирует амплитуду стоячей волны, генерируемой в результате интерференции между такой бегущей волной и отраженной волной, образовавшейся при отражении бегущей волны от объекта измерения, рассчитывает сигналы, которые соответствуют детектируемой амплитуде, и определяют расстояние между точкой детектирования и объектом измерения (см., например, патентный документ 2 и непатентный документ 1).To accurately measure the distance to a moving measurement object, a distance measuring device is used that increases and decreases the frequency of the signal, which has only one frequency component corresponding to a given stepwise frequency switching, transmits it in the form of a traveling wave, detects the amplitude of the standing wave generated as a result of interference between such a traveling wave and a reflected wave formed upon reflection of the traveling wave from the measurement object, calculates the signals that correspond to the detected amplitude, and determine the distance between the detection point and the measurement object (see, for example,
Устройство измерения расстояния, описанное в патентном документе 2 и непатентном документе 1, позволяет рассчитывать сигналы, которые соответствуют амплитуде стоячей волны, генерируемой в результате интерференции между бегущей волной, частота которой повышается и понижается в соответствии с заданным ступенчатым переключением частоты, и отраженной волной, и одновременно измерять расстояние между точкой детектирования и объектом измерения, а также относительную скорость объекта измерения. Кроме того, в случае устройства измерения расстояния, представленного в патентном документе 1, расстояние между точкой детектирования и объектом измерения определяют путем использования стоячей волны, и при этом может быть получена простая конструкция устройства измерения расстояния.The distance measuring device described in
Патентный документ 1: Публикация № 2002-357656 находящейся на экспертизе заявки на японский патентPatent Document 1: Publication No. 2002-357656 of the Pending Japanese Patent Application
Патентный документ 2: Публикация № 2004-325085 находящейся на экспертизе заявки на японский патентPatent Document 2: Publication No. 2004-325085 of the Pending Japanese Patent Application
Непатентный документ 1: Short-Range High-Resolution Radar Utilizing Standing Wave for Measuring of Distance and Velocity of a Moving Target," FUJIMORI Shingo, UEBO Tetsuji, and IRITANI Tadamitsu, IEICE Transactions, vol. J87-B, No. 3, pp. 437-445, March 2004.Non-Patent Document 1: Short-Range High-Resolution Radar Utilizing Standing Wave for Measuring of Distance and Velocity of a Moving Target, "FUJIMORI Shingo, UEBO Tetsuji, and IRITANI Tadamitsu, IEICE Transactions, vol. J87-B, No. 3, pp 437-445, March 2004.
Сущность изобретенияSUMMARY OF THE INVENTION
Решаемые технические проблемыSolved technical problems
В устройстве измерения расстояния, представленном в патентном документе 2 и непатентном документе 1, когда измеряемый объект представляет собой единичный объект как расстояния до измеряемого объекта, так и относительную скорость можно измерять с высокой точностью; однако, в случае, когда существует множество объектов измерения, расстояние между объектами измерения мало и разность скоростей велика, расстояние до каждого объекта измерения невозможно определить однозначно, и иногда получают ошибочные результаты измерения.In the distance measuring device presented in
Кроме того, в устройстве измерения расстояния, в котором используется стоячая волна, описанном в упомянутых выше патентных документах 1 и 2, а также в непатентном документе 1, частота сигнала, выводимого из источников сигнала, изменяется ступенчато, таким образом, что сигнал (волновые колебания) с частотой fa в определенной полосе частот выводят в течение периода Δt, как показано на фиг. 23, и после этого выводят сигнал с частотой fa+Δf в течение периода Δt. Сигнал, выводимый источником сигнала, передают через передающую антенну и т.д., отражается объектом измерения и возвращается, попадая в точку детектирования как отраженная волна. В таком случае, бегущая волна с частотой fa и отраженная волна, которая соответствует бегущей волне, с частотой fa, образуют интерференцию, т.е. накладываются друг на друга в точке детектирования; в результате генерируется стоячая волна. Таким образом, стоячая волна не генерируется от момента вывода бегущей волны с частотой fa, до момента времени, когда отраженная волна, которая соответствует этой частоте fa, достигнет точки детектирования, и для генерирования стоячей волны необходимо время от момента излучения бегущей волны с частотой fa, до момента, когда бегущая волна с этой частотой отразится от объекта измерения, и отраженная волна достигнет точки детектирования.In addition, in a distance measuring device using a standing wave described in
Следовательно, временной интервал Δt переключения частоты невозможно сделать более коротким, чем время от момента, когда частота изменилась, до момента, когда образуется стоячая волна. Устройство измерения расстояния, в котором используется стоячая волна, поэтому рассчитывает спектр расстояния по взаимосвязи между полученным уровнем сигнала и частотой, и получает расстояние до объекта измерения, но когда объект измерения перемещается с относительной скоростью v, происходит девиация пика спектра расстояния из-за эффекта Доплера, и, как показано на фиг. 24, вырабатывается ошибка измерения vΔt/ΔfΔ·f0.Therefore, the time interval Δt of the frequency switching cannot be made shorter than the time from the moment when the frequency has changed to the moment when a standing wave is generated. The distance measuring device, which uses a standing wave, therefore calculates the distance spectrum from the relationship between the received signal level and frequency, and obtains the distance to the measurement object, but when the measurement object moves with a relative velocity v, the peak of the distance spectrum deviates due to the Doppler effect , and as shown in FIG. 24, a measurement error of vΔt / ΔfΔf 0 is generated.
С учетом этих проблем задача заявленного изобретения состоит в создании устройства измерения расстояния и способа измерения расстояния, которые имеют свойства "простой конструкции", "возможности измерения на коротком расстоянии" и "малых ошибок измерения", которые были бы аналогичны устройствам измерения расстояния, в которых используется стоячая волна, и одновременно, в которых фактически отсутствовало бы влияние эффекта Доплера.In view of these problems, the object of the claimed invention is to provide a distance measuring device and a distance measuring method that have the properties of "simple construction", "short distance measurement capabilities" and "small measurement errors", which would be similar to distance measuring devices in which a standing wave is used, and at the same time, in which the effect of the Doppler effect would be virtually absent.
Средство решения проблемыProblem Solver
В первом аспекте в соответствии с настоящим изобретением предусмотрено устройство измерения расстояния, которое включает в себя источник сигнала, предназначенный для вывода сигнала, имеющего множество разных частотных компонентов в пределах определенной полосы частот, модуль передачи, предназначенный для передачи сигнала в виде волнового колебания, модуль детектирования смешанной волны, предназначенный для детектирования смешанной волны, состоящей из бегущей волны, включающей в себя либо волновое колебание, передаваемое модулем передачи, или сигнал, выводимый источником сигнала, и отраженной волны, представляющей собой волновое колебание, переданное модулем передачи, отраженное от объекта измерения, модуль анализа частотного компонента, предназначенный для анализа частотного компонента смешанной волны, детектируемой модулем детектирования смешанной волны, и модуль расчета расстояния, предназначенный для определения спектра расстояния путем выполнения в отношении данных проанализированных модулем анализа частотного компонента, дополнительного анализа спектра и, таким образом, расчета расстояния до объекта измерения.In a first aspect, in accordance with the present invention, there is provided a distance measuring device that includes a signal source for outputting a signal having a plurality of different frequency components within a certain frequency band, a transmission module for transmitting a signal in the form of a wave oscillation, a detection module mixed wave, designed to detect a mixed wave consisting of a traveling wave, including either a wave oscillation transmitted by the module a driver, or a signal output by a signal source, and a reflected wave representing a wave oscillation transmitted by a transmission module reflected from a measurement object, a frequency component analysis module for analyzing a frequency component of a mixed wave detected by a mixed wave detection module and a distance calculation module designed to determine the distance spectrum by performing, in relation to the data analyzed by the frequency component analysis module, an additional spectrum analysis ra and, thus, calculating the distance to the measurement object.
В способе измерения расстояния, в соответствии с настоящим изобретением, передают сигнал, имеющий множество различных частотных компонентов в определенной полосе частот, в виде волнового колебания, детектируют смешанную волну, состоящую из бегущей волны, включающей в себя либо переданное волновое колебание, или сигнал, и отраженной волны в виде переданного волнового колебания, отраженного от объекта измерения, анализирует частотный компонент детектируемой смешанной волны, определяют спектр расстояния дополнительно подвергая данные, проанализированные с использованием анализа частотного компонента, спектральному анализу, и, таким образом, рассчитывая расстояние до объекта измерения.In the distance measuring method in accordance with the present invention, a signal having a plurality of different frequency components in a certain frequency band is transmitted as a wave oscillation, a mixed wave consisting of a traveling wave including either a transmitted wave oscillation or a signal is detected, and the reflected wave in the form of a transmitted wave oscillation reflected from the measurement object, analyzes the frequency component of the detected mixed wave, determine the distance spectrum by further exposing the data, roanalizirovannye using the frequency component analysis, spectral analysis, and thereby calculating the distance to the measurement object.
Следовательно, в связи с тем, что смешанную волну, состоящую из бегущей волны и отраженной волны, детектируют и на основе смешанной волны рассчитывают расстояние до объекта измерения, нет необходимости разделять бегущую волну (передаваемый сигнал) и отраженную волну (принимаемый сигнал), и может быть получено устройство измерения расстояния с простой конструкцией и простое в использовании. Кроме того, в устройстве измерения расстояния, в котором используется стоячая волна, стоячая волна не генерируется от момента изменения частоты и до момента, когда отраженная волна, которая соответствует этой частоте, не вернется в точку детектирования и, кроме того, частота должна переключаться многоэтапно, и поэтому измерение расстояния, в принципе, невозможно выполнять с высокой скоростью, но в заявленном изобретении, в котором не используется стоячая волна, не применяется концепция переключения частоты, и, следовательно, в принципе, не существует время, требуемое для переключения частоты, по сравнению с устройством измерения расстояния, в котором используется стоячая волна, при этом устройство измерения расстояния в соответствии с настоящим изобретением обеспечивает высокоскоростное измерение расстояния.Therefore, due to the fact that a mixed wave consisting of a traveling wave and a reflected wave is detected and the distance to the measurement object is calculated based on the mixed wave, there is no need to separate the traveling wave (transmitted signal) and the reflected wave (received signal), and may A distance measuring device with a simple design and easy to use can be obtained. In addition, in a distance measuring device that uses a standing wave, a standing wave is not generated from the moment the frequency changes to the moment when the reflected wave that corresponds to this frequency does not return to the detection point and, in addition, the frequency must be switched in stages. and therefore, the distance measurement, in principle, cannot be performed at high speed, but in the claimed invention, which does not use a standing wave, the concept of frequency switching is not applied, and therefore, in principle, there is a time required for the switching frequency as compared with a distance measuring device that uses a standing wave, wherein the distance measuring apparatus according to the present invention provides a high speed distance measurement.
Источник сигнала может включать в себя множество генераторов одиночной частоты, каждый из которых генерирует разный компонент одиночной частоты, и сумматор, который синтезирует сигналы, генерируемые множеством генераторов одиночной частоты.A signal source may include a plurality of single frequency generators, each of which generates a different component of a single frequency, and an adder that synthesizes the signals generated by the plurality of single frequency generators.
Кроме того, источник сигнала может включать в себя генератор одиночной частоты, который генерирует компонент одиночной частоты, и модулятор, который модулирует сигнал, генерируемый генератором одиночной частоты.In addition, the signal source may include a single frequency generator that generates a single frequency component, and a modulator that modulates the signal generated by the single frequency generator.
Кроме того, источник сигнала может включать в себя источник шума, который выводит частотный компонент в пределах определенной полосы частот.In addition, the signal source may include a noise source that outputs a frequency component within a specific frequency band.
Модуль анализа частотного компонента может включать в себя АЦ (AD, аналогово-цифровой) преобразователь, который преобразует смешанную волну, детектируемую модулем детектирования смешанной волны, в цифровой сигнал, и процессор сигналов, который анализирует частотные компоненты выходных данных АЦ преобразователя и рассчитывает размер каждого частотного компонента.The frequency component analysis module may include an AD (AD, analog-to-digital) converter that converts the mixed wave detected by the mixed wave detection module into a digital signal, and a signal processor that analyzes the frequency components of the output of the AD converter and calculates the size of each frequency component.
Кроме того, модуль анализа частотного компонента может включать в себя множество полосовых фильтров и модуль детектирования уровня, который детектирует выходной уровень полосовых фильтров.In addition, the frequency component analysis module may include a plurality of bandpass filters and a level detection module that detects an output level of the bandpass filters.
Модуль расчета расстояния может рассчитывать спектр расстояния, подвергая анализируемые данные анализу Фурье в модуле анализа частотного компонента.The distance calculation module can calculate the distance spectrum by subjecting the analyzed data to Fourier analysis in the frequency component analysis module.
Множество модулей детектирования смешанной волны могут быть установлены в разных положениях, модуль анализа частотного компонента может анализировать частотные компоненты для каждой смешанной волны, детектируемой модулями детектирования смешанной волны, и модуль расчета расстояния может рассчитывать спектр расстояния, используя проанализированные данные частотного компонента для множества полученных смешанных волн.The plurality of mixed wave detection modules can be installed in different positions, the frequency component analysis module can analyze the frequency components for each mixed wave detected by the mixed wave detection modules, and the distance calculation module can calculate the distance spectrum using the analyzed frequency component data for the plurality of mixed waves obtained .
Второй аспект в соответствии с заявленным изобретением направлен на устройство измерения расстояния, которое включает в себя источник сигнала, который выводит частотно-модулированный сигнал, полученный путем модуляции частоты несущей волны с определенной частотой сигналом с произвольной частотой, модуль передачи, который передает частотно-модулированный сигнал в качестве волнового колебания, модуль детектирования смешанной волны, который детектирует смешанную волну, состоящую из бегущей волны, включающей в себя либо волновое колебание, передаваемое модулем передачи, или частотно-модулированный сигнал, выводимый из источника сигнала и отраженной волны в виде волнового колебания, передаваемого модулем передачи, отраженного объектом измерения, модуль детектирования амплитудного компонента, который детектирует амплитудный компонент смешанной волны, детектируемой модулем детектирования смешанной волны, и модуль расчета расстояния, который определяет спектр расстояния путем выполнения дополнительного спектрального анализа в отношении амплитудного компонента, детектируемого модулем детектирования амплитудного компонента и рассчитывает, таким образом, расстояние до объекта измерения.The second aspect in accordance with the claimed invention is directed to a distance measuring device that includes a signal source that outputs a frequency-modulated signal obtained by modulating the frequency of a carrier wave with a specific frequency by a signal with an arbitrary frequency, a transmission module that transmits a frequency-modulated signal as a wave oscillation, a mixed wave detection module that detects a mixed wave, consisting of a traveling wave, including either a wave oscillation a signal transmitted by a transmission module or a frequency-modulated signal output from a signal source and a reflected wave in the form of a wave oscillation transmitted by a transmission module reflected by a measurement object, an amplitude component detection module that detects an amplitude component of a mixed wave detected by a mixed wave detection module, and a distance calculation module that determines the distance spectrum by performing additional spectral analysis with respect to the amplitude component, d tektiruemogo detecting unit calculates an amplitude component and thus the distance to the measurement object.
В способе измерения расстояния, в соответствии с заявленным изобретением, передают сигнал, полученный путем частотной модуляции несущей волны с определенной частотой сигналом с произвольной частотой, в качестве волнового колебания, детектируют смешанную волну, состоящую из бегущей волны, включающей в себя либо переданное волновое колебание, или частотно-модулированный сигнал, и отраженной волны в виде переданного волнового колебания, отраженного от объекта измерения, детектируют амплитудный компонент детектируемой смешанной волны, определяют спектр расстояния, дополнительно подвергая амплитудный компонент спектральному анализу, и рассчитывая, таким образом, расстояние до объекта измерения.In the distance measuring method, in accordance with the claimed invention, a signal obtained by frequency modulating a carrier wave with a specific frequency is transmitted by a signal with an arbitrary frequency, as a wave oscillation, a mixed wave consisting of a traveling wave including either transmitted wave oscillation is detected, or a frequency-modulated signal, and the reflected wave in the form of a transmitted wave oscillation reflected from the measurement object, detect the amplitude component of the detected mixed wave, about limit the distance spectrum, additionally subjecting the amplitude component to spectral analysis, and thus calculating the distance to the measurement object.
Следовательно, в связи с тем, что смешанную волну, состоящую из бегущей волны и отраженной волны, детектируют и на основе смешанной волны, рассчитывают расстояние до объекта измерения, нет необходимости разделять антенны передающей и приемной сторон для исключения утечки бегущей волны (передаваемого сигнала) на сторону приема, и может быть получено устройство измерения расстояния с простой конструкцией и простое при использовании. Кроме того, в устройстве измерения расстояния, в котором используется стоячая волна, стоячая волна не генерируется от момента переключения частоты до момента, когда отраженная волна, которая соответствует этой частоте, не вернется к точке детектирования и, кроме того, частота должна переключаться многоэтапно, и поэтому, в принципе, невозможно измерение расстояния, с высокой скоростью, но заявленное изобретение, в котором не используется стоячая волна, не содержит концепцию переключения частоты, и, следовательно, в принципе, в нем не требуется время для переключения частоты, и по сравнению с устройством измерения расстояния, в котором используется стоячая волна, устройство измерения расстояния в соответствии с настоящим изобретением обеспечивает возможность высокоскоростного измерения расстояния.Therefore, due to the fact that a mixed wave consisting of a traveling wave and a reflected wave is detected and based on the mixed wave, the distance to the measurement object is calculated, it is not necessary to separate the transmitting and receiving antennas to prevent leakage of the traveling wave (transmitted signal) by receiving side, and a distance measuring device with a simple structure and simple to use can be obtained. In addition, in a distance measuring device using a standing wave, a standing wave is not generated from the moment the frequency is switched to the moment when the reflected wave that corresponds to this frequency does not return to the detection point and, in addition, the frequency must be switched in stages, and therefore, in principle, it is impossible to measure distance at high speed, but the claimed invention, which does not use a standing wave, does not contain the concept of frequency switching, and therefore, in principle, it does not require time is taken to switch the frequency, and compared to a distance measuring device that uses a standing wave, the distance measuring device in accordance with the present invention allows high-speed distance measurement.
Модуль расчета расстояния может рассчитывать спектр расстояния путем выполнения анализа Фурье для амплитудного компонента, детектируемого модулем детектирования амплитудного компонента.The distance calculation module can calculate the distance spectrum by performing Fourier analysis for the amplitude component detected by the amplitude component detection module.
Множество модулей детектирования смешанной волны могут быть установлены в разных положениях, при этом модуль детектирования амплитудного компонента может детектировать амплитудные компоненты для каждой смешанной волны, детектируемой модулями детектирования смешанной волны, модуль расчета расстояния может рассчитывать спектр расстояния, используя проанализированные данные амплитудного компонента множества полученных смешанных волн.Many mixed wave detection modules can be installed in different positions, while the amplitude component detection module can detect amplitude components for each mixed wave detected by the mixed wave detection modules, the distance calculation module can calculate the distance spectrum using the analyzed amplitude component data of the set of mixed mixed waves .
В третьем аспекте в соответствии с заявленным изобретением предусмотрено устройство измерения расстояния, которое включает в себя источник сигнала, который выводит сигнал с двойной модуляцией, полученный в результате двойной модуляции несущей волны с определенной частотой вторым модулирующим сигналом, заранее частотно-модулированным первым модулирующим сигналом, модуль передачи, который передает сигнал с двойной модуляцией в качестве волнового колебания, модуль детектирования смешанной волны, который детектирует смешанную волну, состоящую из бегущей волны, включающей в себя либо волновое колебание, передаваемое модулем передачи, или сигнал с двойной модуляцией, выводимый из источника сигнала, и отраженной волны в виде волнового колебания, переданного из модуля передачи, отраженного от объекта измерения, модуль детектирования амплитудного компонента, который детектирует амплитудный компонент смешанной волны, детектируемой модулем детектирования смешанной волны, модуль выбора одиночной частоты, который выбирает определенный компонент одиночной частоты из компонентов амплитуды, детектируемых модулем детектирования амплитудного компонента, модуль детектирования уровня сигнала, который детектирует уровень сигнала, полученный модулем выбора одиночной частоты, и модуль расчета расстояния, который рассчитывает расстояние до объекта измерения по уровню сигнала, полученного модулем детектирования уровня сигнала.In a third aspect, in accordance with the claimed invention, there is provided a distance measuring device that includes a signal source that outputs a dual modulated signal obtained by double modulating a carrier wave with a specific frequency by a second modulating signal, a pre-frequency modulated first modulating signal, a module a transmission that transmits a double modulated signal as a wave oscillation, a mixed wave detection module that detects a mixed wave, with consisting of a traveling wave, including either a wave oscillation transmitted by a transmission module or a double modulated signal output from a signal source, and a reflected wave in the form of a wave oscillation transmitted from a transmission module reflected from the measurement object, an amplitude component detection module, which detects the amplitude component of the mixed wave detected by the mixed wave detection module, a single frequency selection module that selects a specific single frequency component from the comp nents amplitude detected by the amplitude detection module component, the signal level detecting unit that detects a signal level obtained by the single frequency selection unit, and the distance calculation unit which calculates the distance to the measurement object by the level signal obtained by the signal level detecting unit.
В способе измерения расстояния, в соответствии с заявленным изобретением, передают сигнал с двойной модуляцией, полученный в результате двойной модуляции несущей волны с определенной частотой вторым модулирующим сигналом, заранее частотно-модулированным первым модулирующим сигналом, в качестве волнового колебания, детектирует смешанную волну, состоящую из бегущей волны, включающей в себя либо переданное волновое колебание, или сигнал с двойной частотной модуляцией, и отраженной волны в виде волнового колебания, переданного модулем передачи, отраженного от объекта измерения, детектируют амплитудный компонент детектируемой смешанной волны, выбирают один определенный частотный компонент из амплитудных компонентов, детектируют уровень сигнала выбранного частотного компонента и по уровню сигнала рассчитывают расстояние до объекта измерения.In the distance measuring method, in accordance with the claimed invention, a double modulation signal is obtained, obtained by double modulation of a carrier wave with a certain frequency by a second modulating signal, a frequency modulated first modulating signal previously predetermined as a wave oscillation, and detects a mixed wave consisting of a traveling wave, including either a transmitted wave oscillation, or a signal with double frequency modulation, and a reflected wave in the form of a wave oscillation transmitted by the module soap has reflected from the measurement object, detecting the amplitude component detected mixed wave, selecting one specific frequency component from the amplitude component detected by the signal level of the selected frequency component and the calculated distance to the measurement object on the signal level.
Следовательно, в связи с тем, что смешанную волну, состоящую из бегущей волны и отраженной волны, детектируют, и на основе смешанной волне рассчитывают расстояние до объекта измерения, нет необходимости разделять бегущую волну (передаваемый сигнал) и отраженную волну (принимаемый сигнал), и устройство измерения расстояния может быть получено с простой конструкцией и простым при использовании. Кроме того, в устройстве измерения расстояния, в котором используется стоячая волна, стоячая волна не генерируется от момента переключения частоты до момента, когда отраженная волны, которая соответствует этой частоте, не вернется в точку детектирования, и, кроме того, частоту требуется переключать многоэтапно, и поэтому измерение расстояния, в принципе, невозможно выполнить с высокой скоростью, но в заявленном изобретении, в котором не используется стоячая волна, не применяется концепция переключения частоты и, следовательно, в принципе, не существует время, требуемое для переключения частоты, и по сравнению с устройством измерения расстояния, в котором используется стоячая волна, устройство измерения расстояния в соответствии с настоящим изобретением обеспечивает высокоскоростное измерение расстояния.Therefore, due to the fact that a mixed wave consisting of a traveling wave and a reflected wave is detected, and the distance to the measurement object is calculated based on the mixed wave, there is no need to separate the traveling wave (transmitted signal) and the reflected wave (received signal), and a distance measuring device can be obtained with a simple design and simple to use. In addition, in a distance measuring device that uses a standing wave, a standing wave is not generated from the moment the frequency is switched to the moment when the reflected wave corresponding to this frequency does not return to the detection point, and in addition, the frequency needs to be switched in stages. and therefore, the distance measurement, in principle, cannot be performed at high speed, but in the claimed invention, which does not use a standing wave, the concept of frequency switching is not applied and, therefore, in principle , there is no time required to switch the frequency, and compared with a distance measuring device that uses a standing wave, the distance measuring device in accordance with the present invention provides a high speed distance measurement.
Источник сигнала может генерировать первый модулирующий сигнал, который генерирует первый модулирующий сигнал, второй модулирующий сигнал, модулированный первым модулирующим сигналом, и несущую волну, соответственно.The signal source may generate a first modulating signal that generates a first modulating signal, a second modulating signal modulated by the first modulating signal, and a carrier wave, respectively.
Кроме того, источник сигнала может иметь средство сохранения второго модулирующего сигнала, в котором заранее сохраняют второй модулирующий сигнал.In addition, the signal source may have means for storing a second modulating signal, in which the second modulating signal is stored in advance.
Или источник сигнала может иметь средство сохранения второго модулирующего сигнала, в котором заранее сохраняют второй модулирующий сигнал, и средство генерирования несущей волны, которое генерирует несущую волну.Or, the signal source may have means for storing a second modulating signal, in which a second modulating signal is stored in advance, and means for generating a carrier wave that generates a carrier wave.
Первый модулирующий сигнал может представлять собой сигнал, форма колебаний которого ступенчато повышается или понижается в течение определенного первого периода, и второй модулирующий сигнал может представлять собой сигнал, полученный в результате модуляции пилообразного колебания с более коротким периодом, чем первый период, модулированный первым модулирующим сигналом.The first modulating signal may be a signal whose waveform is stepwise increasing or decreasing during a certain first period, and the second modulating signal may be a signal obtained by modulating a sawtooth wave with a shorter period than the first period modulated by the first modulating signal.
Эффект изобретенияEffect of the invention
Устройство измерения расстояния и способ измерения расстояния в соответствии с заявленным изобретением, сформированные, как описано выше, детектируют смешанную волну, состоящую из бегущей волны и отраженной волны, отраженной от объекта измерения; при этом нет необходимости предотвращать утечку бегущей волны в приемную антенну, может быть получена простая конструкция, и может быть получено устройство измерения расстояния с малой стоимостью и малым размером.A distance measuring device and a distance measuring method in accordance with the claimed invention, formed as described above, detect a mixed wave consisting of a traveling wave and a reflected wave reflected from the measurement object; there is no need to prevent a traveling wave from leaking into the receiving antenna, a simple design can be obtained, and a distance measuring device with a low cost and a small size can be obtained.
Кроме того, при определении спектра расстояния по смешанной волне, состоящей из бегущей волны, имеющей множество разных частотных компонентов, и ее отраженной волны, расстояние между объектом измерения и модулем детектирования смешанной волны может быть определено по расстоянию, в спектре которого возникает пик амплитуды.In addition, when determining the distance spectrum from a mixed wave consisting of a traveling wave having many different frequency components and its reflected wave, the distance between the measurement object and the mixed wave detection module can be determined by the distance in the spectrum of which an amplitude peak occurs.
Когда расстояние до объекта измерения измеряют путем использования стоячей волны, в принципе, невозможно переключать частоту за время, меньшее, чем время, требуемое для формирования стоячей волны, от момента переключения частоты бегущей волны, и, поэтому, измерение подвергается влиянию эффекта Доплера, и генерируется ошибка измерения, но в заявленном изобретении, в принципе, отсутствует концепция переключения частоты, поэтому время наблюдения можно сократить до такого уровня, что влияние эффекта Доплера можно фактически игнорировать, и правильное расстояние можно измерять независимо от скорости перемещения и направления перемещения объекта измерения.When the distance to the measurement object is measured using a standing wave, in principle, it is impossible to switch the frequency in a time shorter than the time required to form a standing wave from the moment the traveling wave frequency is switched, and therefore, the measurement is affected by the Doppler effect and generated measurement error, but in the claimed invention, in principle, there is no concept of frequency switching, so the observation time can be reduced to such a level that the effect of the Doppler effect can be practically ignored, and the correct distance can be measured regardless of the speed of movement and the direction of movement of the measurement object.
Кроме того, даже когда расстояние между множеством объектов измерения мало, и разность скоростей велика, что трудно измерять устройством измерения расстояния, в котором используется стоячая волна, положение каждого объекта измерения может быть правильно измерено.In addition, even when the distance between the plurality of measurement objects is small and the speed difference is large, which is difficult to measure with a distance measuring device using a standing wave, the position of each measurement object can be correctly measured.
Кроме того, множество модулей детектирования смешанной волны установлено в разных положениях, соответственно, и спектр расстояния определяют по множеству смешанных волн, детектируемых множеством модулей детектирования смешанной волны; поэтому можно выполнять измерение расстояния с еще большей надежностью и большей точностью.In addition, the plurality of mixed wave detection modules are set in different positions, respectively, and the distance spectrum is determined by the plurality of mixed waves detected by the plurality of mixed wave detection modules; therefore, distance measurement can be performed with even greater reliability and greater accuracy.
Кроме того, когда из источника сигнала выводят сигнал с двойной модуляцией, нет необходимости использовать микропроцессор с большой стоимостью и т.д., который позволяет выполнять анализ спектра с высокой скоростью, и процессор сигналов выполнен как детектор огибающей, квадратичный детектор, синхронный детектор, квадратурный детектор, полосовой фильтр, согласованный фильтр и другие устройства, и детектирует интенсивность спектра расстояния (уровень сигнала), и поэтому при малых затратах может быть получен процессор сигналов, выполняющий обработку со скоростью, почти равной скорости процессора сигналов, в котором используется микропроцессор и т.д. Таким образом, может быть получено устройство измерения расстояния с малой стоимостью и высокой скоростью обработки сигнала.In addition, when a double modulated signal is output from the signal source, there is no need to use a microprocessor with a high cost, etc., which allows you to perform spectrum analysis at a high speed, and the signal processor is designed as an envelope detector, quadratic detector, synchronous detector, quadrature a detector, a band-pass filter, a matched filter and other devices, and detects the intensity of the distance spectrum (signal level), and therefore, at low cost, a signal processor can be obtained that performs processing at a speed almost equal to the speed signal processor, which uses a microprocessor, etc. Thus, a distance measuring device with a low cost and a high signal processing speed can be obtained.
Краткое описание чертежейBrief Description of the Drawings
На фиг. 1 показана блок-схема, которая поясняет структуру устройства измерения расстояния в соответствии с первым вариантом воплощения;In FIG. 1 is a block diagram that explains the structure of a distance measuring device according to a first embodiment;
на фиг. 2 показана иллюстрация устройства измерения расстояния, которое выполняет моделирование в первом варианте воплощения;in FIG. 2 is an illustration of a distance measuring device that performs simulation in a first embodiment;
на фиг. 3 показан график, на котором представлены результаты моделирования измерения расстояния до объекта измерения, расположенного на расстоянии 10 м, и движущегося со скоростью 0 км/ч в первом варианте воплощения;in FIG. 3 is a graph showing simulation results of measuring a distance to a measurement object located at a distance of 10 m and moving at a speed of 0 km / h in the first embodiment;
на фиг. 4 показан график, на котором представлены результаты моделирования измерения расстояния до объекта измерения, расположенного на расстоянии 10 м и движущегося со скоростью +300 км/ч в первом варианте воплощения;in FIG. 4 is a graph showing simulation results of measuring a distance to a measurement object located at a distance of 10 m and moving at a speed of +300 km / h in the first embodiment;
на фиг. 5 показан график, на котором представлены результаты моделирования измерения расстояния до объекта измерения, расположенного на расстоянии 40 м и движущегося со скоростью -50 км/ч в первом варианте воплощения;in FIG. 5 is a graph showing simulation results of measuring a distance to a measurement object located at a distance of 40 m and moving at a speed of -50 km / h in the first embodiment;
на фиг. 6 показан график, на котором представлены результаты моделирования измерения расстояния до объекта измерения, расположенного на расстоянии 5 м и движущегося со скоростью +100 км/ч, а также на расстоянии 12,5 м и движущегося со скоростью -300 км/ч, в первом варианте воплощения;in FIG. 6 is a graph showing the results of modeling the measurement of the distance to the measuring object located at a distance of 5 m and moving at a speed of +100 km / h, as well as at a distance of 12.5 m and moving at a speed of -300 km / h, in the first an embodiment;
на фиг. 7 представлена иллюстрация устройства измерения расстояния, оборудованного множеством модулей детектирования смешанной волны, в первом варианте воплощения;in FIG. 7 is an illustration of a distance measuring device equipped with a plurality of mixed wave detection modules in the first embodiment;
на фиг. 8 представлена блок-схема устройства измерения расстояния, в соответствии со вторым вариантом воплощения;in FIG. 8 is a block diagram of a distance measuring device in accordance with a second embodiment;
на фиг. 9 показана иллюстрация устройства измерения расстояния, выполняющего моделирование, в соответствии со вторым вариантом воплощения;in FIG. 9 is an illustration of a distance measuring device performing simulation in accordance with a second embodiment;
на фиг. 10 показан график, на котором представлены результаты моделирования измерения расстояния до объекта измерения, расположенного на расстоянии 10 м и движущегося со скоростью 0 км/ч, во втором варианте воплощения;in FIG. 10 is a graph showing simulation results of measuring a distance to a measurement object located at a distance of 10 m and moving at a speed of 0 km / h in the second embodiment;
на фиг. 11 показан график, на котором представлены результаты моделирования измерения расстояния до объекта измерения, расположенного на расстоянии 10 м и движущегося со скоростью +300 км/ч, во втором варианте воплощения;in FIG. 11 is a graph showing simulation results of measuring a distance to a measurement object located at a distance of 10 m and moving at a speed of +300 km / h in the second embodiment;
на фиг. 12 показан график, на котором представлены результаты моделирования измерения расстояния до объекта измерения, расположенного на расстоянии 40 м и движущегося со скоростью -50 км/ч, во втором варианте воплощения;in FIG. 12 is a graph showing simulation results of measuring a distance to a measurement object located at a distance of 40 m and moving at a speed of -50 km / h in the second embodiment;
на фиг. 13 показан график, на котором показаны результаты моделирования измерения расстояния до объекта измерения, расположенного на расстоянии 5 м и движущегося со скоростью +100 км/ч и расположенного на расстоянии 12,5 м и движущегося со скоростью -300 км/ч, во втором варианте воплощения;in FIG. 13 is a graph showing simulation results of measuring a distance to a measurement object located at a distance of 5 m and moving at a speed of +100 km / h and located at a distance of 12.5 m and moving at a speed of -300 km / h, in the second embodiment incarnations;
на фиг. 14 представлена иллюстрация устройства измерения расстояния, оборудованного множеством модулей детектирования смешанной волны, во втором варианте воплощения;in FIG. 14 is an illustration of a distance measuring device equipped with a plurality of mixed wave detection modules in a second embodiment;
на фиг. 15 показана блок-схема, которая поясняет структуру устройства измерения расстояния, в соответствии с третьим вариантом воплощения;in FIG. 15 is a block diagram that explains the structure of a distance measuring device according to a third embodiment;
на фиг. 16 показана блок-схема, которая поясняет другой пример источника сигнала в третьем варианте воплощения;in FIG. 16 is a block diagram that illustrates another example of a signal source in a third embodiment;
на фиг. 17 показан график, который поясняет форму колебаний второго модулирующего сигнала;in FIG. 17 is a graph that illustrates a waveform of a second modulating signal;
на фиг. 18 показан график, который поясняет форму колебаний первого модулирующего сигнала;in FIG. 18 is a graph that illustrates a waveform of a first modulating signal;
на фиг. 19 представлена иллюстрация устройства измерения расстояния, в котором используется квадратурный детектор, в третьем варианте воплощения;in FIG. 19 is an illustration of a distance measuring device using a quadrature detector in a third embodiment;
на фиг. 20 показан график, который представляет результаты моделирования измерения расстояния до объектов измерения, расположенных на расстоянии 12 м и 20 м в устройстве измерения расстояния, в котором используется квадратурный детектор, в третьем варианте воплощения;in FIG. 20 is a graph that presents simulation results of measuring a distance to measuring objects located at a distance of 12 m and 20 m in a distance measuring device using a quadrature detector in a third embodiment;
на фиг. 21 представлена иллюстрация устройства измерения расстояния, в котором используются полосовые фильтры, в третьем варианте воплощения;in FIG. 21 is an illustration of a distance measuring device in which bandpass filters are used in a third embodiment;
на фиг. 22 показан график, который представляет результаты моделирования измерения расстояния для объектов измерения, расположенных на расстоянии 12 м и 20 м в устройстве измерения расстояния, в котором используются полосовые фильтры, в третьем варианте воплощения;in FIG. 22 is a graph that presents simulation results of distance measurement for measuring objects located at a distance of 12 m and 20 m in a distance measuring device in which bandpass filters are used in the third embodiment;
на фиг. 23 представлена иллюстрация изменения частоты источника сигнала в устройстве измерения расстояния, в котором используется стоячая волна; иin FIG. 23 is an illustration of a change in frequency of a signal source in a distance measuring device in which a standing wave is used; and
на фиг. 24 представлена иллюстрация, поясняющая влияние эффекта Доплера в устройстве измерения расстояния, в котором используется стоячая волна.in FIG. 24 is an illustration explaining the effect of the Doppler effect in a distance measuring device using a standing wave.
Краткое описание номеров ссылочных позицийBrief Description of Reference Numbers
1. Источник сигнала1. Signal source
2. Модуль передачи2. Transmission module
3. Модуль детектирования смешанной волны3. Mixed wave detection module
4. Модуль анализа частотного компонента4. Frequency component analysis module
5. Модуль расчета расстояния5. Distance calculation module
6. Объект измерения6. Object of measurement
7. Сигнальный процессор7. Signal processor
8. Преобразователь с понижением частоты8. Down-converter
8a. Гетеродин8a. Heterodyne
8b. Смеситель8b. Mixer
9. Источник сигнала9. Signal source
9a. Источник сигнала несущей волны9a. Carrier wave signal source
9b. Источник модулирующего сигнала9b. Modulation source
10. Модуль детектирования амплитудного компонента 10. The module for detecting the amplitude component
11. Модуль расчета расстояния11. Distance calculation module
12. Сигнальный процессор12. Signal processor
13. Источник сигнала13. Signal source
13a. Источник сигнала несущей волны13a. Carrier wave signal source
13b. Источник второго модулирующего сигнала13b. Source of the second modulating signal
13c. Источник первого модулирующего сигнала13c. The source of the first modulating signal
13d. Средство генерирования второго модулирующего сигнала13d. Means for generating a second modulating signal
13e. Средство сохранения второго модулирующего сигнала13e. Means for storing the second modulating signal
13f. Средство генерирования сигнала c двойной модуляцией 13f. Dual Modulation Signal Generator
13g. Средство сохранения сигнала с двойной модуляцией 13g. Dual Modulation Signal Storage
14. Сигнальный процессор14. Signal processor
15. Модуль детектирования амплитудного компонента15. The module for detecting the amplitude component
16. Модуль выбора одиночной частоты16. Single frequency selection module
17. Модуль детектирования уровня сигнала 17. Signal strength detection module
18. Модуль расчета расстояния18. Distance calculation module
19. Сигнальный процессор19. Signal processor
20. Детектор огибающей20. Envelope detector
21. Квадратурный детектор21. Quadrature detector
22. Модуль детектирования уровня22. Level detection module
23. Модуль расчета расстояния23. Distance calculation module
24. Сигнальный процессор24. Signal processor
25. Детектор огибающей для детектирования амплитудного компонента25. Envelope detector for detecting the amplitude component
26. Полосовой фильтр26. Band-pass filter
27. Детектор огибающей для детектирования уровня сигнала27. Envelope detector for detecting signal strength
28. Модуль расчета расстояния28. Distance calculation module
Подробное описание изобретенияDETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION
Устройство измерения расстояния и способ измерения расстояния, относящиеся к заявленному изобретению, представлены на фигурах 1, 8 и 15, и предназначены для передачи сигналов, выводимых через источники 1, 9 и 13 сигнала из модуля 2 передачи, в виде волнового колебания, и детектируют смешанную волну без разделения отраженной волны VR этого волнового колебания (бегущей волны VT), отраженной от объекта 6 измерения в модуле 3 детектирования смешанной волны.The distance measuring device and the distance measuring method related to the claimed invention are presented in figures 1, 8 and 15, and are intended for transmitting signals output through the
Источник сигнала в заявленном изобретении выводит сигнал, который имеет множество различных частотных компонентов в определенной полосе частот, выводит частотно-модулированный сигнал, полученный в результате частотной модуляции несущей волны на определенной частоте произвольным периодическим сигналом, или выводит сигнал с двойной модуляцией, полученный в результате двойной частотной модуляции несущей волны с определенной частотой вторым модулирующим сигналом, который был заранее частотно-модулирован первым модулирующим сигналом. Таким образом, сигналы, выводимые источниками 1, 9 и 13 сигнала, представляют собой сигналы, постоянно имеющие множество различных частотных компонентов.The signal source in the claimed invention outputs a signal that has many different frequency components in a certain frequency band, outputs a frequency-modulated signal obtained as a result of frequency modulation of a carrier wave at a certain frequency by an arbitrary periodic signal, or outputs a double-modulated signal resulting from a double frequency modulation of the carrier wave with a certain frequency by the second modulating signal, which was previously frequency-modulated by the first modulating signal. Thus, the signals output by the
Кроме того, бегущая волна в заявленном изобретении представляет собой волновое колебание, которое представляет собой сигналы, выводимые из источников 1, 9 и 13 сигнала, которые передает модуль 2 передачи, или сигналы, выводимые из источников 1, 9 и 13 сигнала. Таким образом, бегущая волна в заявленном изобретении представляет собой волновое колебание или сигнал (волну сигнала), которое постоянно имеет множество частотных компонентов. Кроме того, отраженная волна, относящаяся к заявленному изобретению, представляет собой волновое колебание, постоянно имеющее множество частотных компонентов и отраженное от объекта 6 измерения.In addition, the traveling wave in the claimed invention is a wave oscillation, which represents the signals output from the
Смешанная волна в заявленном изобретении также представляет собой волновое колебание, полученное путем смешения (синтеза) бегущей волны и отраженной волны. Таким образом, волновое колебание, полученное путем наложения бегущей волны, имеющей множество частотных компонентов, на отраженную волну, имеющую множество частотных компонентов, представляет собой смешанную волну в заявленном изобретении, и это не означает волновое колебание, в котором наложено множество волновых колебаний (волн), имеющих компоненты одиночной частоты.The mixed wave in the claimed invention is also a wave oscillation obtained by mixing (synthesis) of a traveling wave and a reflected wave. Thus, the wave oscillation obtained by superimposing a traveling wave having a plurality of frequency components on a reflected wave having a plurality of frequency components is a mixed wave in the claimed invention, and this does not mean a wave oscillation in which a plurality of wave oscillations (waves) are superimposed. having single frequency components.
В следующих вариантах воплощения приведено пояснение электромагнитной волны, упомянутой как пример волнового колебания, но волновые колебания света, звуковой волны, тока, волны в материале, которая распространяется внутри материала, и другие представляют собой волновые колебания в соответствии с заявленным изобретением.In the following embodiments, an explanation is given of an electromagnetic wave, mentioned as an example of a wave oscillation, but wave oscillations of light, sound wave, current, wave in a material that propagates inside the material, and others are wave oscillations in accordance with the claimed invention.
Следует отметить, что в устройстве измерения расстояния, в котором используется стоячая волна, как представлено в упомянутых выше патентных документах 1 и 2 и непатентном документе 1 и т.д., сигналы, выводимые из источников сигнала, представляют собой сигналы, частота которых переключается, и в которых компонент одиночной частоты ступенчато изменяется в зависимости от времени, как показано на фиг. 23, и не представляют собой сигналы, которые постоянно имеют множество различных частотных компонентов, как в случае заявленного изобретения. Кроме того, амплитуда волновых колебаний, генерируемых в результате интерференции между бегущей волной, передаваемой на основе сигнала, имеющего компонент одиночной частоты, и отраженной бегущей волны, имеющей этот компонент одиночной частоты, которая была отражена от объекта измерения, не изменяется во времени и получает разные значения в зависимости от положения в пространстве. В частности, амплитуда представлена периодической функцией относительно положения, и это называется стоячей волной.It should be noted that in a distance measuring device that uses a standing wave, as presented in the
В интерференции между бегущей волной, которая основана на сигналах, имеющих множество частотных компонентов, и отраженной волной, как в случае заявленного изобретения, взаимозависимость между положением в пространстве и амплитудой смешанной волны изменяется во времени и формирует явление, отличающееся от стоячей волны.In the interference between a traveling wave, which is based on signals having a plurality of frequency components, and a reflected wave, as in the case of the claimed invention, the relationship between the position in space and the amplitude of the mixed wave changes in time and forms a phenomenon different from the standing wave.
Следовательно, в устройстве измерения расстояния, которое относится к заявленному изобретению, используются физические явления, которые отличаются от явлений, используемых в устройстве измерения расстояния, которое основано на стоячей волне, и они отличаются принципиально.Therefore, the distance measuring device, which relates to the claimed invention, uses physical phenomena that are different from the phenomena used in the distance measuring device, which is based on a standing wave, and they differ fundamentally.
Первый вариант воплощенияThe first embodiment
Техническое решение первого варианта воплощения устройства измерения расстояния и способа измерения расстояния, в соответствии с заявленным изобретением, будет описано ниже.The technical solution of the first embodiment of the distance measuring device and the distance measuring method in accordance with the claimed invention will be described below.
(Техническое решение 1)(Technical Solution 1)
На фиг. 1 показана иллюстрация, которая поясняет структуру устройства измерения расстояния, относящегося к заявленному изобретению. Устройство измерения расстояния, относящееся к заявленному изобретению, передает сигнал (бегущую волну VT), выводимый из источника 1 сигнала, в виде волнового колебания из модуля 2 передачи к объекту 6 измерения, детектирует смешанную волну VC, состоящую из отраженной волны VRk, которая была отражена k-м объектом 6 измерения, и бегущей волны VT, в модуле 3 детектирования смешанной волны, анализирует компонент (a(f, xs)) частоты смешанной волны в модуле 4 анализа частотного компонента, рассчитывает спектр R (x) расстояния в модуле 5 расчета расстояния, и измеряет расстояние до объекта 6 измерения.In FIG. 1 is an illustration that explains the structure of a distance measuring device related to the claimed invention. The distance measuring device related to the claimed invention transmits a signal (traveling wave V T ) output from the
Источник 1 сигнала выводит сигнал, имеющий множество различных частотных компонентов в определенной полосе частот, и постоянно выводит сигналы, имеющие два или больше частотных компонентов. В качестве конкретного примера, источник 1 сигнала выполнен с использованием множества генераторов одиночной частоты, которые генерируют сигналы разных компонентов одиночной частоты, и сумматора, который синтезирует сигналы компонентов одиночной частоты, генерируемых множеством генераторов одиночной частоты, и сигналы, постоянно имеющие два или больше частотных компонентов, выводят из источника 1 сигнала. Кроме того, источник 1 сигнала может быть выполнен с использованием генератора одиночной частоты, который генерирует компонент одиночной частоты, и модулятора, который накладывает определенную модуляцию, такую как частотная модуляция, амплитудная модуляция и другие виды модуляции, к сигналу, генерируемому этим генератором одиночной частоты, и при этом могут быть выведены сигналы, имеющие разные частотные компоненты в определенной полосе частот. Кроме того, источник 1 сигнала может быть выполнен с использованием источника шумов, который выводит частотные компоненты в определенной полосе частот. Источник шумов, который выводит частотные компоненты в определенной полосе частот, например, может быть получен с использованием полосового фильтра, который передает сигналы в определенной полосе частот, состоящие только из сигналов, выводимых из источника шумов.A
Модуль 2 передачи представляет собой двунаправленный элемент, такой как антенна (или электрод), и т.д., который передает сигнал, выводимый из источника 1 сигнала в качестве волнового колебания. В случае, когда модуль 3 детектирования смешанной волны расположен между источником 1 сигнала и модулем 2 передачи, модуль 2 передачи может выполнять роль приема отраженной волны. Модуль 2 передачи выводит волновое колебание частотного компонента, выводимого из источника 1 сигнала, и выводимое волновое колебание передают к объекту 6 измерения.The
Таким образом, бегущая волна Vt в заявленном изобретении обозначает волновое колебание, передаваемое из модуля 2 передачи, и сигнал, выводимый из источника 1 сигнала.Thus, the traveling wave V t in the claimed invention denotes the wave oscillation transmitted from the
Следовательно, в случае, когда смешанная волна, состоящая из сигнала от источника 1 сигнала и сигнала отраженной волны, возвращенной через модуль 2 передачи, детектируется модулем 3 детектирования смешанной волны, сигнал от источника 1 сигнала становится бегущей волной Vt.Therefore, in the case where the mixed wave consisting of the signal from the
Модуль 3 детектирования смешанной волны детектирует смешанную волну VC, состоящую из бегущей волны VT и отраженной волны VRk. Этот модуль 3 детектирования смешанной волны может быть выполнен путем подключения ненаправленного соединителя для детектирования смешанной волны VC, состоящей из бегущей волны VT, выводимой из источника 1 сигнала, и отраженной волны VRk, возвращенной через модуль 2 передачи, в середине питающего фидера, который соединяет источник 1 сигнала с модулем 2 передачи. Кроме того, приемная антенна (или электрод), предназначенная для детектирования смешанной волны VC, состоящей из бегущей волны VT и отраженной волны VRk, установлена в пространстве между модулем 2 передачи и объектом 6 измерения и обозначена как модуль 3 детектирования смешанной волны.The mixed
Модуль 4 анализа частотного компонента анализирует частотный компонент смешанной волны Vc, детектируемый модулем 3 детектирования смешанной волны. Также возможно выполнить модуль 4 анализа частотного компонента с использованием множества полосовых фильтров и модуля детектирования уровня, который детектирует выходной уровень полосовых фильтров и анализирует интенсивность каждого частотного компонента.The frequency
Кроме того, модуль 4 анализа частотного компонента может быть выполнен на основе АЦ преобразователя, который преобразует смешанную волну, детектируемую модулем 3 детектирования смешанной волны, в цифровой сигнал, и сигнального процессора, в котором установлено программное средство, подвергающее цифровой сигнал, представляющий смешанную волну, выводимый из АЦ преобразователя, анализу частотного компонента, такому как преобразование Фурье и т.д., для расчета интенсивности (абсолютного значения) а(f, xs) каждого частотного компонента.In addition, the frequency
Таким образом, смешанная волна, детектируемая модулем 3 детектирования смешанной волны, может быть выведена непосредственно в АЦ преобразователь, но преобразователь 8 с понижением частоты (см. Фиг. 2) может быть установлен между модулем 3 детектирования смешанной волны и АЦ преобразователем, и частота может быть введена в АЦ преобразователь после понижения частоты. Что касается преобразователя 8 с понижением частоты, известный преобразователь с понижением частоты является достаточным, и, например, преобразователь с понижением частоты может быть выполнен с гетеродином 8a, который генерирует частоту, которую требуется преобразовать с понижением частоты, и смесителем (преобразователем частоты) 8b, который смешивает смешанную волну Vc, детектируемую модулем 3 детектирования смешанной волны, и периодический сигнал гетеродина 8a для преобразования с понижением частоты до требуемой частоты.Thus, the mixed wave detected by the mixed
Модуль 5 расчета расстояния подвергает данные, анализируемые модулем 4 анализа частотного компонента, спектральному анализу для получения спектра расстояния, рассчитывает интенсивность этого спектра расстояния, и рассчитывает расстояние до объекта 6 измерения, на основе интенсивности пика спектра расстояния. В качестве способа анализа спектра спектр анализируют с использованием непараметрической методики, представленной преобразованием Фурье, или параметрической методики, такой как AR моделирование, или другой соответствующей методики анализа спектра.The
(Принцип 1 измерения)(
Принцип измерения будет описан со ссылкой на фиг.1 и 2 для устройства измерения расстояния и способа измерения расстояния, которые относятся к заявленному изобретению, следующим образом.The measurement principle will be described with reference to FIGS. 1 and 2 for a distance measuring device and a distance measuring method that relate to the claimed invention, as follows.
Когда бегущая волна, выводимая из источника 1 сигнала, имеет частотный компонент с полосой частот от f0·fw/2 до f0+fw/2, и интенсивность каждого частотного компонента представляет собой А(f), и фаза представлена как θ(f), бегущая волна VT в момент t прошедшего времени и в положении x от начала измерения может быть выражена следующим Уравнением (1):When the traveling wave output from
где f обозначает частоту, и c обозначает скорость света, и любая точка на оси x представляет собой x=0.where f denotes frequency and c denotes the speed of light, and any point on the x axis represents x = 0.
Путь dk обозначает расстояние до k-ого измеряемого объекта 6; vk скорость света и yk и φk представляют размер и фазу коэффициента отражения, соответственно; тогда отраженная волна VRk от объекта 6 измерения может быть выражена следующим Уравнением (2), где, k=1, 2...:The path d k denotes the distance to the k-th measured
В таком случае сигнал Vc смешанной волны, наблюдаемой в модуле 3 детектирования смешанной волны, расположенный в положении x=xs, выражается следующим Ур. (3):In this case, the mixed wave signal V c observed in the mixed
Смешанная волна VC, детектируемая модулем 3 детектирования смешанной волны, разлагается на каждый частотный компонент с использованием полосового фильтра. Или, как показано на фиг. 2, смешанная волна Vc преобразуется в цифровой сигнал, с использованием АЦ преобразователя (S100), и этот цифровой сигнал разлагают на каждый частотный компонент с помощью анализа частотного компонента, такого как преобразование Фурье (S101).The mixed wave V C detected by the mixed
Разложенный компонент VC(f, t, xs) частоты f представляет собой интегрируемую функцию (уравнение, которое должно быть интегрировано) в Ур. (3) и выражается следующим Ур. (4):The decomposed component V C (f, t, x s ) of frequency f is an integrable function (an equation that must be integrated) in Eq. (3) and is expressed as follows. (four):
Амплитуда разложенного частотного компонента f может быть выражена следующим Ур. (5).The amplitude of the decomposed frequency component f can be expressed as follows. (5).
где, реально можно предположить, что интенсивность отраженной волны является чрезвычайно малой, и поэтому ее можно аппроксимировать как Yk<<1.where, it can actually be assumed that the intensity of the reflected wave is extremely small, and therefore it can be approximated as Y k << 1.
Теперь, если сделать t достаточно малым, можно рассматривать vkt≡0, (как в случае моделирования, описанном ниже, даже когда время наблюдения t=3,5 [мкс] и скорость vk=300 [км/ч], vkt≡0,29 [мм], и можно принять vkt≡0), и амплитуда разложенного частотного компонента f может быть аппроксимирована, например, как в следующем Ур. (6):Now, if t is made small enough, we can consider v k t≡0, (as in the simulation case described below, even when the observation time t = 3.5 [μs] and the speed v k = 300 [km / h], v k t≡0.29 [mm], and vkt≡0 can be taken), and the amplitude of the decomposed frequency component f can be approximated, for example, as in the next Eq. (6):
Теперь А(f) обозначает частотную характеристику источника 1 сигнала, и ее можно легко узнать, и поэтому, ее можно считать известной. В случае, когда А(f) можно рассматривать как константу A, получим Now A (f) denotes the frequency response of
Или в случае, когда А(f) не является константой (например, в случае, когда используется источник шумов), нормализация Ур. (6) по А(f) позволяет получить Or in the case when A (f) is not a constant (for example, in the case when a noise source is used), normalization of Ur. (6) by A (f) allows us to obtain
Значение константы А в упомянутом выше Ур. (7) не содержит информацию о расстоянии. Поэтому, если A=1, Ур.(7) становится таким же, как Ур.(8), и Ур.(8) используется ниже как уравнение, которое выражает амплитуду.The value of the constant A in the abovementioned (7) does not contain distance information. Therefore, if A = 1, Eq. (7) becomes the same as Eq. (8), and Eq. (8) is used below as an equation that expresses the amplitude.
Мы определили, что Ур. (8) представляет собой периодическую функцию, которая имеет период c/2(dk·xs) для частоты f. Следовательно, если его подвергают спектральному анализу с использованием непараметрической технологии, представленной, например, преобразованием Фурье, или параметрической технологии, такой как AR моделирование, и т.д., может быть получено расстояние dk·xs от модуля 3 детектирования смешанной волны до объекта измерения.We have determined that Ur. (8) is a periodic function that has a period c / 2 (d k · x s ) for frequency f. Therefore, if it is subjected to spectral analysis using non-parametric technology represented, for example, by Fourier transform, or parametric technology, such as AR modeling, etc., the distance d k · x s from the mixed
Пример расчета расстояния с использованием преобразования Фурье представлен следующим образом.An example of distance calculation using the Fourier transform is presented as follows.
В формуле преобразования ФурьеIn the Fourier transform formula
произведены замены ω/2τ → 2x/c, t → f, и f(t) → а(f, xs). В результате может быть найден спектр R(x) расстояния следующим образом (S103 (см. фиг. 2)). the changes were made ω / 2τ → 2x / c, t → f, and f (t) → a (f, x s ). As a result, the distance spectrum R (x) can be found as follows (S103 (see FIG. 2)).
где, Sa (z)=sin (z)/z.where, S a (z) = sin (z) / z.
В соответствии с Ур. (10), интенсивность R(x) (интенсивность спектра расстояния) |R(x)| принимает значение пика при x=0,±(dk·xs). В действительности, предел к x>0, поскольку расстояние dk·xs от модуля 3 детектирования смешанной волны до объекта 6 измерения является положительным; тогда значение x, когда |R(x)| принимает значение пика, представляет собой расстояние dk·xs от модуля 3 детектирования смешанной волны до объекта 6 измерения. Таким образом, при определении значения x, в котором значение |R(x)| становятся пиком, можно определить положение от модуля 3 детектирования смешанной волны до объекта 6 измерения (S104 (см. фиг. 2)).According to ur. (10), intensity R (x) (intensity of the distance spectrum) | R (x) | takes the peak value at x = 0, ± (d k · x s ). In fact, the limit is to x> 0, since the distance d k · x s from the mixed
Как описано выше, в устройстве измерения расстояния и в способе измерения расстояния, в соответствии с заявленным изобретением, детектируют смешанную волну, состоящую из бегущей волны и отраженной волны, отраженной от объекта измерения, поэтому нет необходимости разделять бегущую волну и отраженную волну, и может быть получена простая конструкция, и может быть построено измерительное устройство для измерений на малых расстояниях и с малыми затратами.As described above, in the distance measuring device and in the distance measuring method, in accordance with the claimed invention, a mixed wave consisting of a traveling wave and a reflected wave reflected from the measurement object is detected, so there is no need to separate the traveling wave and the reflected wave, and may be a simple design is obtained, and a measuring device can be built for measurements at short distances and at low cost.
Кроме того, при определении спектра расстояния по смешанной волне, состоящей из бегущей волны, имеющей множество разных частотных компонентов, и ее отраженной волны, можно определить расстояние между объектом измерения и модулем детектирования смешанной волны по расстоянию, на котором интенсивность спектра расстояния принимает значение пика.In addition, when determining the distance spectrum from a mixed wave consisting of a traveling wave having many different frequency components and its reflected wave, one can determine the distance between the measurement object and the mixed wave detection module from the distance at which the intensity of the distance spectrum takes on a peak value.
Когда расстояние до объекта измерения измеряют путем использования стоячей волны, в принципе, невозможно сделать время наблюдения короче, чем время, в течение которого формируется стоячая волна, после переключения частоты бегущей волны, при этом на пик спектра расстояния воздействует эффект Доплера, и генерируется ошибка измерения, но в заявленном изобретении, в принципе, отсутствует концепция переключения частоты, и время наблюдения может быть сокращено до такого уровня, на котором эффект Доплера фактически можно игнорировать, и расстояние может быть точно измерено.When the distance to the measurement object is measured by using a standing wave, it is in principle impossible to make the observation time shorter than the time during which the standing wave is formed after switching the frequency of the traveling wave, while the Doppler effect acts on the peak of the distance spectrum and a measurement error is generated but, in the claimed invention, in principle, there is no concept of frequency switching, and the observation time can be reduced to a level at which the Doppler effect can actually be ignored, and yanie can be accurately measured.
(Моделирование l)(Simulation l)
Далее, на основе описанного выше принципа 1 измерения, проведено моделирование с устройством измерения расстояния, показанным на фиг. 2.Further, based on the
Устройство измерения расстояния, показанное на фиг. 2, имеет источник 1 сигнала, который постоянно выводит сигнал, включающий в себя компоненты 24,000 ГГц - 24,075 ГГц, и модуль 2 передачи, который передает бегущую волну VT, постоянно включающую в себя компоненты в определенной полосе частот, к объектам 6,… 6 измерения. И устройство измерения расстояния имеет модуль 3 детектирования смешанной волны, который детектирует смешанную волну VC(t, 0), состоящую из отраженной волны VRk, отраженный k-м объектом 6 измерения, и бегущей волны VT. Таким образом, модуль 3 детектирования смешанной волны расположен в точке xs = 0. Детектируемую смешанную волну VC преобразуют с понижением частоты в диапазон от 0 до 75 МГц, с использованием преобразователя 8 с понижением частоты. VC после преобразования с понижением частоты преобразуют в цифровой сигнал с использованием АЦ преобразователя (S100), и VC(f, t, 0), преобразованную в цифровой сигнал, подвергают преобразованию Фурье для разложения ее на каждый частотный компонент (S101). Для определения амплитуды каждого частотного компонента рассчитывают абсолютное значение смешанной волны Vc(f, t, 0), разложенной на частотные компоненты (S102), и затем определяют нормализованную амплитуду а(f, 0). Эту нормализованную амплитуду а(f, 0) подвергают спектральному анализу для определения спектра R(x) расстояния (S103), и по пику амплитуды (интенсивности) спектра R(x) расстояния, рассчитывают положение объекта 6 измерения (S104). При этом пусть направление, в котором объект 6 измерения удаляется от устройства измерения расстояния, будет положительным, и направление, в котором объект измерения приближается к устройству измерения расстояния, будет отрицательным.The distance measuring device shown in FIG. 2, has a
При моделировании устройства измерения расстояния, показанного на фиг. 2, смешанную волну, состоящую из бегущей волны и отраженной волны, наблюдали для 3,5 мкс (t=3,5 [мкс]).In modeling the distance measuring device shown in FIG. 2, a mixed wave consisting of a traveling wave and a reflected wave was observed for 3.5 μs (t = 3.5 [μs]).
При моделировании сигнал, однородно включающий в себя компоненты от 24,000 ГГц до 24,075 ГГц, выводимый из источника сигнала, обозначен как бегущая волна, и смешанную волну VC(t, 0) рассчитывали в соответствии с Ур. (3). Затем умножали смешанную волну VC на комплексную синусоидальную волну с частотой 24 ГГц и получали преобразованное с понижением частоты значение VC. Таким образом, смешанную волну VC преобразовали с понижением частоты до диапазона от 0 до 75 МГц.In the simulation, a signal uniformly including components from 24,000 GHz to 24,075 GHz, output from the signal source, is designated as a traveling wave, and the mixed wave V C (t, 0) was calculated in accordance with Eq. (3). Then the mixed wave V C was multiplied by a complex sine wave with a frequency of 24 GHz and the value V C converted with decreasing frequency was obtained. Thus, the mixed wave V C was converted with decreasing frequency to a range from 0 to 75 MHz.
Затем преобразованную с понижением частоту VC подвергали преобразованию Фурье для определения Ур. (8) а((f, 0)) по абсолютной величине, и а(f, 0) подвергали преобразованию Фурье в соответствии с Ур. (10), для получения спектра R(x) расстояния и размера спектра (|R(x)|) расстояния.Then, the down-converted frequency V C was subjected to Fourier transform to determine Ur. (8) a ((f, 0)) in absolute value, and a (f, 0) were subjected to the Fourier transform in accordance with Eq. (10), to obtain the spectrum R (x) of the distance and the size of the spectrum (| R (x) |) of the distance.
(Моделирование 1-1)(Simulation 1-1)
На фиг 3. показаны графики, которые моделируют измерение расстояния, когда объект 6 измерения остается неподвижным на расстоянии 10 м от модуля 3 детектирования смешанной волны и для скорости 0 км/ч. На фиг. 3(a) показана форма колебаний в зависимости от времени смешанной волны после преобразования с понижением частоты (бегущая волна + отраженная волна) и представлен график, который показывает мгновенное значение в каждый момент времени периода измерения (график VС(t, 0) после преобразования с понижением частоты). На фиг. 3(b) показан график а(f, 0), представленный в Ур. (8), и показана нормализованная амплитуда каждого частотного компонента. На фиг. 3(c) показан график, который представляет взаимозависимость между расстоянием и интенсивностью спектра |R(x)| расстояния при обработке а(f, 0), полученной по фиг. 3(b) с использованием спектрального анализа. Как можно видеть на фиг. 3(c), интенсивность спектра расстояния имеет большое значение пика на расстоянии 10 метров. На основе этого, в неподвижном состоянии, можно правильно измерить расстояние.Fig. 3 shows graphs that simulate a distance measurement when the
(Моделирование 1-2)(Simulation 1-2)
На фиг. 4 показаны графики, которые моделируют измерение расстояния, когда объект 6 измерения движется на расстоянии 10 м от модуля 3 детектирования смешанной волны со скоростью +300 км/ч. На фиг. 4(a) показана форма колебаний в зависимости от времени смешанной волны после преобразования с понижением частоты (бегущая волна + отраженная волна), и показан график, который представляет мгновенное значение в каждый момент времени периода измерения (график VC(t, 0) после преобразования с понижением частоты). На фиг. 4(b) показан график а(f, 0), представленный Ур. (8), и обозначена нормализованная амплитуда каждого частотного компонента. На фиг. 4(c) показан график, который представляет взаимозависимость между расстоянием и интенсивностью спектра |R(x)| расстояния, после обработки а(f, 0), определенной на фиг. 4(b) с использованием спектрального анализа. Как можно видеть на фиг. 4(c), интенсивность спектра расстояния имеет большое значение пика на расстоянии 10 м. На основе этого, даже когда объект измерения движется со скоростью +300 км/ч, можно правильно измерять расстояние, как и случае моделирования 1-1.In FIG. 4 shows graphs that simulate distance measurement when the
(Моделирование 1-3)(Simulation 1-3)
На фиг. 5 показаны графики, которые моделируют измерение расстояния, когда объект 6 измерения движется на расстоянии 40 м от модуля 3 детектирования смешанной волны и со скоростью -50 км/ч. На фиг. 5(a) показана форма колебаний в зависимости от времени смешанной волны после преобразования с понижением частоты (бегущая волна + отраженная волна), и показан график, который представляет мгновенное значение в каждый момент времени периода измерения (график VC(t, 0) после преобразования с понижением частоты). На фиг. 5(b) показан график а(f, 0), представленный Ур. (8), и обозначена нормализованная амплитуда каждого частотного компонента. На фиг. 5(c) показан график, представляющий взаимосвязь между расстоянием и интенсивностью спектра |R(x)| расстояния, путем обработки а(f, 0), полученной на фиг. 5(b), с использованием спектрального анализа. Как можно ясно видеть на фиг. 5(c), интенсивность спектра расстояния имеет большое значение пика на расстоянии 40 м. На этом основании, даже когда расстояние, скорость движения и направление движения до объекта измерения изменяются, можно правильно измерять расстояние.In FIG. 5 shows graphs that simulate distance measurement when the
(Моделирование 1-4)(Simulation 1-4)
На фиг. 6 показаны графики, которые моделируют измерение расстояния, когда имеется два объекта 6 измерения, и один объект 6 измерения движется на расстоянии 5 м от модуля 3 детектирования смешанной волны и со скоростью +100 км/ч, в то время как другой объект 6 измерения движется на расстоянии 12,5 м от модуля 3 детектирования смешанной волны и со скоростью -300 км/ч. На фиг. 6(a) показана форма колебаний в зависимости от времени смешанной волны после преобразования с понижением частоты (бегущая волна + отраженная волна), и представлен график, на котором показано мгновенное значение в каждый момент времени периода измерения (график VC(t, 0) после преобразования с понижением частоты). На фиг. 6(b) показан график а(f, 0), представленный Ур. (8) и обозначена нормализованная амплитуда каждого частотного компонента. На фиг. 6(c) показан график, который представляет взаимосвязь между расстоянием и интенсивностью спектра |R(x)| расстояния, путем обработки а(f, 0), определенной по фиг. 6(b), с использованием спектрального анализа. Как можно видеть на фиг. 6(c), интенсивность спектра расстояния имеет большие значения пика на расстояниях 5 м и 12,5 м. На основе этого, даже когда имеется множество объектов измерения, можно правильно измерить расстояния. Даже когда объект измерения движется на коротком расстоянии 10 м или меньше, можно также правильно измерить расстояние. Кроме того, даже в случае, когда расстояние до множества объектов измерения уменьшается и разность скоростей велика, что трудно измерить с использованием устройства измерения расстояния, в котором используется стоячая волна, можно правильно измерить положение каждого объекта измерения.In FIG. 6 shows graphs that simulate distance measurement when there are two
Как можно из приведенного выше моделирования 1-1 - 1-4, расстояние до объекта измерения можно измерять независимо от скорости объекта измерения. Кроме того, даже когда расстояние до множества объектов измерения становятся малым, и разность скоростей велика, можно правильно измерить положение каждого объекта измерения.As can be seen from the above simulation 1-1 - 1-4, the distance to the measurement object can be measured regardless of the speed of the measurement object. In addition, even when the distance to a plurality of measurement objects becomes small and the speed difference is large, the position of each measurement object can be measured correctly.
В приведенном выше описании смешанную волну детектируют с использованием одного модуля 3 детектирования смешанной волны, но как показано на фиг. 7, множество модулей 3,…, 3 детектирования смешанной волны, могут быть расположены в разных положениях xs1, … xsN, которые отличаются друг от друга. Смешанные волны VC, детектируемые множеством модулей 3,…, 3 детектирования смешанной волны, таким образом, подвергают АЦ преобразованию с помощью АЦ преобразователя для каждого модуля 3 детектирования смешанной волны (S110), сигналы смешанных волн, преобразованных в цифровые сигналы, подвергают преобразованию Фурье (S111), и абсолютное значение рассчитывают для получения амплитуды а(f, xsi) (i обозначает 1, 2,..., N,...) для каждого модуля 3 детектирования смешанной волны. При определении разности между любыми двумя амплитудами (например, а(f, xs1) и а(f, xs2)), устраняется необязательный компонент постоянного тока (первый элемент Ур. (8)), (S113), и каждую амплитуду а(f, xsi) с необязательным удаленным компонентом постоянного тока повергают спектральному анализу для получения спектра расстояния (S114), и после усреднения каждого спектра расстояния (S115), расстояние до объекта 6 измерения рассчитывают на основе пика размера спектра расстояния (S116). Это может быть получено путем предоставления, например, средства устранения компонента постоянного тока, которое определяет разность любых двух амплитуд и удаляет ненужный компонент постоянного тока, и средства усреднения спектра расстояния, которое рассчитывает среднее значение множества спектров расстояния для модуля 5 расчета расстояния.In the above description, a mixed wave is detected using one mixed
Следовательно, в случае, когда множество модулей 3 детектирования смешанной волны установлены так, что образуется сигнальный процессор, как показано на фиг. 7, необязательные компоненты постоянного тока могут быть удалены. Кроме того, спектры расстояния, полученные для каждой амплитуды а(f, xsi), усредняют, снижают компоненты шумов, и при этом можно более точно измерить расстояние.Therefore, in the case where a plurality of mixed
Второй вариант воплощенияSecond Embodiment
Структура второго варианта воплощения устройства измерения расстояния и способа измерения расстояния, относящихся к заявленному изобретению, будут описаны ниже.The structure of the second embodiment of the distance measuring device and the distance measuring method related to the claimed invention will be described below.
(Техническое решение 2)(Technical Solution 2)
На фиг. 8 показана иллюстрация, которая поясняет структуру устройства измерения расстояния, относящегося к заявленному изобретению. Устройство измерения расстояния, относящееся к заявленному изобретению, передает сигнал, выводимый из источника 9 сигнала в виде волнового колебания, из модуля 2 передачи к объекту 6 измерения, детектирует смешанную волну Vc, состоящую из отраженной волны VRk, отраженной k-м объектом 6 измерения, и бегущей волны VT в модуле 3 детектирования смешанной волны, детектирует компонент а(t, xs) амплитуды смешанной волны в модуле 10 детектирования амплитудного компонента, рассчитывает спектр R(x) расстояния в модуле 11 расчета расстояния, и измеряет расстояние до объекта 6 измерения.In FIG. 8 is an illustration that illustrates the structure of a distance measuring device related to the claimed invention. A distance measuring device related to the claimed invention transmits a signal output from a signal source 9 in the form of a wave oscillation from a
Источник 9 сигнала выводит частотно-модулированный сигнал, полученный путем частотной модуляции несущей волны с определенной частотой произвольным периодическим сигналом, и постоянно выводит сигнал, имеющий два или больше частотного компонента. В качестве конкретного примера, как показано на фиг. 9, источник 9 сигнала выполнен с использованием источника 9a сигнала несущей волны, который передает сигнал несущей волны с определенной частотой, и источника 9b модулирующего сигнала, который модулирует сигнал несущей волны произвольным периодическим сигналом, и из этого источника 9 сигнала выводят частотно-модулированный сигнал. В качестве другого конкретного примера, источник 9 сигнала может быть выполнен с использованием средства генерирования частотно-модулированного сигнала (не показано), оборудованного микропроцессором, и средством сохранения частотно-модулированного сигнала (не показано), в котором сохраняют данные для вывода частотно-модулированного сигнала с мгновенной частотой f0+fD·m(t), и данные, сохраненные в средстве сохранения частотно-модулированного сигнала, считывают с помощью средства генерирования частотно-модулированного сигнала, и при этом может быть сгенерирован частотно-модулированный сигнал.The signal source 9 outputs a frequency-modulated signal obtained by frequency modulating a carrier wave with a specific frequency by an arbitrary periodic signal, and constantly outputs a signal having two or more frequency components. As a specific example, as shown in FIG. 9, the signal source 9 is made using a carrier
Модуль 2 передачи представляет собой двунаправленный элемент, такой как антенна (или электрод), и т.д., который передает сигнал, выводимый из источника 9 сигнала, в виде волнового колебания. В случае, когда модуль 3 детектирования смешанной волны расположен между источником 9 сигнала и модулем 2 передачи, модуль 2 передачи может выполнять роль приема отраженной волны. Модуль 2 передачи выводит волновое колебание с частотным компонентом, выводимым из источника 9 сигнала и выведенное волновое колебание передают к объекту 6 измерения.The
Таким образом, бегущая волна Vt в заявленном изобретении обозначает волновое колебание, передаваемое из модуля 2 передачи, и сигнал, выводимый из источника 9 сигнала.Thus, the traveling wave V t in the claimed invention denotes the wave oscillation transmitted from the
Следовательно, в случае, когда смешанная волна, состоящая из сигнала источника 9 сигнала и сигнала отраженной волны, возвращенная через модуль 2 передачи, детектируется модулем 3 детектирования смешанной волны, сигнал от источника 9 сигнала становится бегущей волной VT.Therefore, in the case where the mixed wave, consisting of the signal of the signal source 9 and the reflected wave signal returned through the
Модуль 3 детектирования смешанной волны детектирует смешанную волну VC бегущей волны VT и отраженной волны VRk. Этот модуль 3 детектирования смешанной волны может быть выполнен путем установки ненаправленного соединителя для детектирования смешанной волны VC, состоящей из бегущей волны VT, выводимой из источника 9 сигнала, и отраженной волны VRk, возвращенной через модуль 2 передачи, подключенный к середине фидера питания, который соединяет источник 9 сигнала с модулем 2 передачи. Кроме того, приемная антенна (или электрод) для детектирования смешанной волны VC, состоящей из бегущей волны VT и отраженной волны VRk установлена в пространстве между модулем 2 передачи и объектом 6 измерения, и обозначена как модуль 3 детектирования смешанной волны.The mixed
Модуль 10 детектирования амплитудного компонента детектирует амплитудный компонент смешанной волны VC, детектируемой модулем 3 детектирования смешанной волны, и в его состав входит детектор огибающей, квадратичный детектор, детектор синхронизации, квадратурный детектор и т.п.The amplitude
Модуль 11 расчета расстояния подвергает амплитудный компонент, детектируемый модулем 10 детектирования амплитудного компонента, спектральному анализу для получения спектра расстояния, рассчитывает интенсивность этого спектра расстояния, и рассчитывает расстояние до объекта 6 измерения на основе пика интенсивности спектра расстояния. В качестве способа спектрального анализа спектр анализируют, используя непараметрическую методику, представленную преобразованием Фурье, или параметрическую методику, такую как AR моделирование, и т.д., или другую соответствующую методику спектрального анализа.The
(Принцип 2 измерения)(
Рассмотрим фиг.8 и 9, со ссылкой на которые будет описан принцип измерения устройства измерения расстояния, и способ измерения расстояния, связанный с заявленным изобретением, следующим образом.Consider Figs. 8 and 9, with reference to which a measurement principle of a distance measuring device and a distance measurement method related to the claimed invention will be described as follows.
Когда в состав источника 9 сигнала входит источник 9a сигнала несущей волны с частотой f0, и источник 9b сигнала модуляции, который модулирует несущую волну данного источника 9a сигнала несущей волны, бегущая волна VT с прошедшим временем t от начала измерения и в положении x становится частотно-модулированной незатухающей волной, что выражается следующим Ур (11): When the
где t обозначает время, прошедшее от начала измерения, и m(t) представляет собой модулированный сигнал, который представляет собой произвольную периодическую функцию с амплитудой, равной 1. Пусть fD обозначает максимальный сдвиг частоты при частотной модуляции, и f0 обозначает центральную частоту. Следовательно, мгновенная частота бегущей волны VT(t, x) равна f0+fD·m(t). Кроме того, c обозначает скорость света, и θ обозначает фазу, и любая точка на оси x представляет собой x=0.where t denotes the time elapsed from the start of the measurement, and m (t) is a modulated signal, which is an arbitrary periodic function with an amplitude of 1. Let f D denote the maximum frequency shift in frequency modulation, and f 0 denotes the center frequency. Therefore, the instantaneous frequency of the traveling wave V T (t, x) is f 0 + f D · m (t). In addition, c denotes the speed of light, and θ denotes a phase, and any point on the x axis represents x = 0.
Пусть dk обозначает расстояние до k-ого объекта 6 измерения, vk скорость, и yk и φk обозначают размер и фазу коэффициента отражения, соответственно; тогда отраженная волна от объекта 6 измерения может быть выражена следующим Ур. (12), где k=1, 2,Let d k denote the distance to the k-
В таком случае, сигнал VC смешанной волны, наблюдаемый в модуле 3 детектирования смешанной волны, расположенный в положении x=xs, выражается следующим Ур. (13):In this case, the mixed-wave signal V C observed in the mixed-
И амплитуда VC выражается следующим Ур. (14).And the amplitude of V C is expressed as follows. (fourteen).
На практике можно предположить, что размер отраженной волны чрезвычайно мал yk<<1, и коэффициент второй степени yk и выше можно проигнорировать, поскольку они приблизительно равны нулю. Следовательно, его можно аппроксимировать, как следующее Ур.(15)In practice, we can assume that the size of the reflected wave is extremely small y k << 1, and the coefficient of the second degree y k and higher can be ignored, since they are approximately equal to zero. Therefore, it can be approximated as the following Eq. (15)
Теперь, если сделать t достаточно малым, можно считать, что vkt≡0 (как в описанном ниже случае моделирования, даже когда время наблюдения t=20 [мкс] и скорость vkt=300 [км/ч], vkt≡0,1.7 [мм], и можно считать, что vkt≡0), амплитуда VC может быть аппроксимирована, как в следующем Ур. (16) и влияние скорости vk можно исключить:Now, if t is made small enough, we can assume that v k t≡0 (as in the modeling case described below, even when the observation time t = 20 [μs] and the speed v k t = 300 [km / h], v k t≡0.1.7 [mm], and we can assume that v k t≡0), the amplitude of V C can be approximated, as in the next Lv. (16) and the influence of speed v k can be excluded:
Кроме того, при аппроксимации, в как в следующем Ур. (17)In addition, when approximating, as in the next Lv. (17)
Ур. (16) становится следующим Ур. (18).Ur (16) becomes the next Lv. (eighteen).
где А=1, поскольку константа A не содержит информацию в заявленном изобретении.where A = 1, since the constant A does not contain information in the claimed invention.
Затем, было определено, что Ур. (18) представляет собой периодическую функцию, которая имеет период c/2(dk·xs) для мгновенной частоты f0+fD·m(t). Следовательно, если его подвергнуть спектральному анализу с использованием непараметрической методики, представленной, например, преобразованием Фурье или параметрической методики, такой как AR моделирование и т.д., может быть получено расстояние dk·xs от модуля 3 детектирования смешанной волны до объекта 6 измерения 6.Then, it was determined that Ur. (18) is a periodic function that has a period c / 2 (d k · xs) for the instantaneous frequency f 0 + f D · m (t). Therefore, if it is subjected to spectral analysis using a non-parametric technique represented, for example, by the Fourier transform or a parametric technique, such as AR modeling, etc., the distance d k · xs from the mixed
Пример расчета расстояния с помощью преобразования Фурье представлен ниже.An example of calculating the distance using the Fourier transform is presented below.
В формуле (9) преобразования Фурье выполнена замена f (t) → а(f, xs), ω/2τ → 2x/c, и t → мгновенная частота f0+fD·m(t). Поскольку df=fDdm(t) спектр R(x) расстояния может быть определен в соответствии со следующим Ур. (19).In the formula (9) of the Fourier transform, the substitution f (t) → a (f, x s ), ω / 2τ → 2x / c, and t → instantaneous frequency f 0 + f D · m (t) are performed. Since df = f D dm (t) the spectrum R (x) of the distance can be determined in accordance with the following Eq. (19).
где, Sa (z)=sin(z)/z.where, Sa (z) = sin (z) / z.
В соответствии с Ур. (19), размер R(x) (интенсивность спектра расстояния) |R(x)| принимает значение пика в точке x=0,±(dk·xs). На практике предел x>0, поскольку расстояние dk·xs от модуля 3 детектирования смешанной волны до объекта 6 измерения является положительным; тогда значение x, в котором |R(x)| принимает значение пика, представляет собой расстояние dk·xs от модуля 3 детектирования смешанной волны до объекта 6 измерения.According to ur. (19), size R (x) (distance spectrum intensity) | R (x) | takes the peak value at the point x = 0, ± (d k · x s ). In practice, the limit is x> 0, since the distance d k · x s from the mixed
Как описано выше, в устройстве измерения расстояния и в способе измерения расстояния, связанными с заявленным изобретением, детектируется смешанная волна, состоящая из бегущей волны и отраженной волны, отраженной от объекта измерения, поэтому нет необходимости разделять бегущую волну и отраженную волну, и может быть получена простая конструкция, и может быть построено устройство измерения расстояния с малой стоимостью и малыми размерами.As described above, in the distance measuring device and in the distance measuring method associated with the claimed invention, a mixed wave consisting of a traveling wave and a reflected wave reflected from the measurement object is detected, so there is no need to separate the traveling wave and the reflected wave, and can be obtained simple design, and a distance measuring device with small cost and small size can be built.
Кроме того, при определении спектра расстояния по смешанной волне, состоящей из бегущей волны, имеющей множество разных частотных компонентов, и ее отраженной волны, можно определять расстояние между объектом измерения и модулем детектирования смешанной волны по расстоянию, на котором интенсивность спектра расстояния принимает значение пика.In addition, when determining the distance spectrum from a mixed wave consisting of a traveling wave having many different frequency components and its reflected wave, one can determine the distance between the measurement object and the mixed wave detection module from the distance at which the intensity of the distance spectrum takes on a peak value.
Когда расстояние до объекта измерения измеряют путем использования стоячей волны, в принципе, невозможно сделать время наблюдения короче, чем время, в течение которого формируется стоячая волна после переключения частоты бегущей волны, при этом на пик спектра расстояния воздействует эффект Доплера, и генерируется ошибка измерения, но в заявленном изобретении, в принципе, отсутствует концепция переключения частоты, и время наблюдения можно сократить до такого уровня, на котором эффект Доплера фактически можно игнорировать, и можно точно измерять расстояние.When the distance to the measurement object is measured using a standing wave, it is in principle impossible to make the observation time shorter than the time during which a standing wave is formed after switching the frequency of the traveling wave, while the Doppler effect acts on the peak of the distance spectrum and a measurement error is generated, but in the claimed invention, in principle, there is no concept of frequency switching, and the observation time can be reduced to a level at which the Doppler effect can actually be ignored, and you can accurately measure the distance.
(Моделирование 2)(Simulation 2)
Далее, на основе предыдущего принципа 2 измерения, осуществляется моделирование с устройством измерения расстояния, показанным на фиг. 9.Further, based on the
Источник 9 сигнала устройства измерения расстояния, показанного на фиг. 9, имеет источник 9a сигнала несущей волны, который выводит сигнал несущей волны с частотой f0=24,0375 ГГц и источник 9b модулирующего сигнала, модулирующий сигнал m(t) которого представляет собой синусоидальное колебание с частотой 50 кГц и с максимальным сдвигом частоты fD=37,5 МГц, и выводит сигнал с мгновенной частотой f0+fD·m(t). Бегущую волну VT, выраженную Ур. (11), передают из модуля 2 передачи. Смешанная волна VС(t, 0), состоящая из отраженной волны VRk, отраженный от k-ого объекта 6 измерения, и бегущей волны VT, детектируют с помощью модуля 3 детектирования смешанной волны. Смешанную волну Vc наблюдают в течение 1 периода модулированного сигнала m(t). Следовательно, t=1/50 [кГц] = 20 [мкс]. Таким образом, модуль 3 детектирования смешанной волны расположен в точке xs=0. Кроме того, пусть направление, в котором объект 6 измерения удаляется от устройства измерения расстояния, будет положительным, и направление, в котором объект приближается к устройству измерения расстояния, будет отрицательным.The signal source 9 of the distance measuring device shown in FIG. 9 has a carrier
Детектируемую смешанную волну VС подвергают детектированию огибающей, с использованием детектора огибающей, и детектируют компонент а(t, 0) амплитуды смешанной волны (S120). Когда детектируют компонент а(t, 0) амплитуды смешанной волны, его преобразуют в цифровой сигнал с помощью АЦ преобразователя (S121). Преобразованную в цифровую форму амплитуду а(t, 0) подвергают спектральному анализу, и определяют спектр R(x) расстояния (S122). От пика найденной интенсивности спектра расстояния рассчитывают положение объекта 6 измерения (S123).A detectable mixed wave V C is subjected to envelope detection using an envelope detector, and a mixed wave amplitude component a (t, 0) is detected (S120). When the component a (t, 0) of the amplitude of the mixed wave is detected, it is converted into a digital signal using the AD converter (S121). The digitized amplitude a (t, 0) is subjected to spectral analysis and the distance spectrum R (x) is determined (S122). From the peak of the found intensity of the distance spectrum, the position of the
(Моделирование 2-1)(Simulation 2-1)
На фиг. 10 показаны графики, которые моделируют измерение расстояния, когда объект 6 измерения остается неподвижным на расстоянии 10 м от модуля 3 детектирования смешанной волны и имеет скорость 0 км/ч. На фиг. 10(a) показан график, на котором представлена амплитуда а(t, 0) модулирующего сигнала m(t) и смешанной волны. На фиг. 10(b) показана интенсивность спектра расстояния, после выполнения спектрального анализа на этой основе. Как можно видеть на фиг. 10(b), интенсивность спектра расстояния имеет большое значение пика на расстоянии 10 м. На основе этого, в стационарном состоянии, можно правильно измерять расстояние на коротком расстоянии, составляющем десятки метров или меньше.In FIG. 10 is a graph that simulates a distance measurement when the
(Моделирование 2-2)(Simulation 2-2)
На фиг. 11 показаны графики, которые моделируют измерение расстояния, когда объект 6 измерения движется на расстоянии 10 м от модуля 3 детектирования смешанной волны со скоростью +300 км/ч. На фиг. 11(a) показан график, на котором представлена амплитуда а(t, 0) модулирующего сигнала m(t) и смешанной волны. На фиг. 11(b) показана интенсивность спектра расстояния после выполнения спектрального анализа на этой основе. Как можно видеть на фиг. 11(b), интенсивность спектра расстояния имеет большое значение пика на расстоянии 10 м. Основываясь на этом, даже когда объект измерения движется со скоростью +300 км/ч, можно правильно измерять расстояние, как в случае моделирования 2-1.In FIG. 11 shows graphs that simulate distance measurement when the
(Моделирование 2-3)(Simulation 2-3)
На фиг. 12 показаны графики, которые моделируют измерение расстояния, когда объект 6 измерения движется на расстоянии 40 м от модуля 3 детектирования смешанной волны и со скоростью -50 км/ч. На фиг. 12(a) показан график, на котором представлена амплитуда а(t, 0) модулированного сигнала m(t) и смешанной волны. На фиг. 12B показана интенсивность спектра расстояния после выполнения спектрального анализа на этой основе. Как можно видеть на фиг. 12(b), интенсивность спектра расстояния имеет большое значение пика на расстоянии 40 м. На этой основе, даже когда расстояние, скорость перемещения, и направление перемещения объекта измерения меняются, можно правильно измерять расстояние.In FIG. 12 is a graph that simulates a distance measurement when the
(Моделирование 2-4)(Simulation 2-4)
На фиг. 13 показаны графики, которые моделируют измерение расстояния, когда имеется два объекта 6 и 6 измерения, и один объект 6 измерения движется на расстоянии 5 м от модуля 3 детектирования смешанной волны и имеет скорость +100 км/ч, в то время как другой объект 6 измерения движется на расстоянии 12,5 м от модуля 3 детектирования смешанной волны и имеет скорость -300 км/ч. На фиг. 13(a) показан график, на котором показана амплитуда а(t, 0) модулирующего сигнала m(t) и смешанной волны. На фиг. 13B показана интенсивность спектра расстояния после выполнения спектрального анализа на этой основе. Как можно видеть на фиг. 13(b), интенсивность спектра расстояния имеет большие значения пика на расстояниях 5 м и 12,5 м. На основе этого, даже когда имеется множество объектов измерения, можно правильное измерять расстояние. Кроме того, даже на коротком расстоянии 10 м или меньше, можно правильно измерять расстояние. Кроме того, даже в случае, когда расстояние до множества объектов измерения становится малым и разность скоростей велика, можно правильно измерять положение каждого объекта измерения.In FIG. 13 shows graphs that simulate distance measurement when there are two
Как можно видеть из предыдущих примеров моделирования 2-1 - 2-4, независимо от скорости объекта измерения, можно измерять расстояние до объекта измерения. Кроме того, даже в случае, когда расстояние до множества объектов измерения уменьшается и разность скоростей велика, что трудно измерять с использованием устройством измерения расстояния, в котором применяется стоячая волна, положение каждого объекта измерения можно правильно измерять.As can be seen from the previous modeling examples 2-1 - 2-4, regardless of the speed of the measurement object, you can measure the distance to the measurement object. In addition, even in the case where the distance to the plurality of measurement objects decreases and the speed difference is large, which is difficult to measure using a distance measuring device that uses a standing wave, the position of each measurement object can be correctly measured.
В приведенном выше описании смешанную волну детектируют с помощью одного модуля 3 детектирования смешанной волны, но как показано на фиг. 14, множество модулей 3,…, 3 детектирования смешанной волны могут быть расположены в разных положениях xs1,…, xsN, которые отличаются друг от друга. Множество детекторов 3,...,3 детектирующих смешанную волну VC, таким образом, детектируют амплитудный компонент (амплитуда а(t, xsi) (i обозначает 1, 2, N...)) смешанной волны путем детектирования огибающей с помощью детектора огибающей каждой смешанной волны Vc, детектируемой каждым модулем 3 детектирования смешанной волны (S130), при этом каждую детектируемую амплитуду а(t, xsi) подвергают АЦ преобразованию с помощью АЦ преобразователя (S131), и путем удаления разности между любыми двумя амплитудами (например, а(t, xs1) и а(t, xs2), используя амплитуды, преобразованные в цифровые сигналы, удаляют ненужные компоненты постоянного тока (первый член Ур. (18)), (S132), и каждую амплитуду а(t, xsi) без ненужного компонента постоянного тока подвергают спектральному анализу, для получения спектра (S133) расстояния, и после усреднения каждого спектра (S134) расстояния рассчитывают расстояние до объекта измерения на основе пика интенсивности спектра расстояния (S135). Это может быть получено с помощью, например, средства удаления компонента постоянного тока, которое определяет разность любых двух амплитуд и устраняет ненужный компонент постоянного тока, и средства усреднения спектра расстояния, которое рассчитывает среднее значение для множества спектров расстояния для модуля 5 расчета расстояния. Таким образом, компонент постоянного тока может быть удален с помощью аналоговой схемы (дифференциального усилителя и т.д.), и после этого сигнал может быть подвергнут АЦ преобразованию.In the above description, a mixed wave is detected using one mixed
Следовательно, в случае, когда множество модулей 3 детектирования смешанной волны установлены так, что они составляют процессор сигналов, как показано на фиг. 14, ненужные компоненты постоянного тока могут быть удалены. Кроме того, усредняют спектр расстояния, полученный от каждой амплитуды а(t, xsi), уменьшают компоненты шумов, и можно более точно измерить расстояние.Therefore, in the case where the plurality of mixed
Третий вариант воплощенияThird Embodiment
Техническое решение третьего варианта воплощения устройства измерения расстояния и способа измерения расстояния, относящихся к заявленному изобретению, будет описано ниже.The technical solution of the third embodiment of the distance measuring device and the distance measuring method related to the claimed invention will be described below.
(Техническое решение 3)(Technical Solution 3)
На фиг. 15 представлена иллюстрация, которая поясняет структуру устройства измерения расстояния, относящегося к заявленному изобретению. Устройство измерения расстояния, относящееся к заявленному изобретению, передает сигнал, выводимый из источника 13 сигнала, в виде волнового колебания из модуля 2 передачи к объекту 6 измерения, детектирует смешанную волну VC, состоящую из отраженной волны VRk, отраженной k-ым объектом 6 измерения, и бегущей волны VT, в модуле 3 детектирования смешанной волны, обрабатывает эту смешанную волну VC с использованием сигнального процессора 14, и определяет расстояние до объекта 6 измерения. Сигнальный процессор 14 содержит модуль 15 детектирования амплитудного компонента, модуль 16 детектирования одиночной частоты, модуль 17 детектирования уровня сигнала и модуль 18 расчета расстояния, и компонент (а(t, xs)) амплитуды смешанной волны детектируют с использованием модуля 15 детектирования амплитудного компонента, сигнал (R(x(t)) компонента только на определенной частоте fB выбирают с помощью модуля 16 выбора одиночной частоты, уровень (|R(x(t))|) выбранного сигнала детектируют с помощью модуля 17 детектирования уровня сигнала, и по этому уровню сигнала измеряют расстояние до объекта 6 измерения с помощью модуля 18 расчета расстояния.In FIG. 15 is an illustration that explains the structure of a distance measuring device related to the claimed invention. A distance measuring device related to the claimed invention transmits a signal output from a
Источник 13 сигнала выводит сигнал, представляющий собой несущую волну с определенной частотой, с двойной частотной модуляцией (дважды модулированный сигнал), с использованием второго модулирующего сигнала, заранее модулированного первым модулирующим сигналом, и выводит сигнал, всегда содержащий два или больше частотного компонента.The
Для конкретного примера, показанного на фиг. 15, источник 13 сигнала содержит источник 13a сигнала несущей волны, источник 13b второго модулирующего сигнала и источник 13c первого модулирующего сигнала. Источник 13c первого модулирующего сигнала выводит первый модулирующий сигнал x(t) с определенным первым периодом. Источник 13b второго модулирующего сигнала выводит второй модулирующий сигнал m(t), и второй модулирующий сигнал m(t) представляет собой периодический сигнал с определенным вторым периодом, генерируемый источником 13b второго модулирующего сигнала, который подвергают частотной модуляции с использованием первого модулирующего сигнала x(t). Источник 13a сигнала несущей волны выводит сигнал с двойной модуляцией с мгновенной частотой f0+fD·m(t) и выполняет частотную модуляцию несущей волны, генерируемой источником 13a сигнала несущей волны, вторым модулирующим сигналом m(t).For the specific example shown in FIG. 15, the
Таким образом, сигнал с двойной модуляцией, выводимый из источника 13 сигнала в соответствии с заявленным изобретением, представляет собой сигнал несущей волны, частотно-модулированный вторым модулирующим сигналом m(t), и второй модулирующий сигнал m(t) является частотно-модулированным первым модулирующим сигналом x(t). Следовательно, сигнал с двойной модуляцией в заявленном изобретении не является ни сигналом, дополнительно частотно-модулированным первым модулирующим сигналом x(t), после частотной модуляции сигнала несущей волны вторым модулирующим сигналом m(t), ни сигналом, дополнительно частотно-модулированным вторым модулирующим сигналом m(t), после частотной модуляции сигнала несущей волны первым модулирующим сигналом x(t).Thus, the dual-modulated signal output from the
Кроме того, в качестве другого конкретного примера источника 13 сигнала, как показано на фиг. 16(a), источник 13 сигнала содержит источник 13a сигнала несущей волны (средство генерирования несущей волны), средство 13d генерирования второго модулирующего сигнала и средство 13e сохранения второго модулирующего сигнала. Средство 13e сохранения второго модулирующего сигнала сохраняет данные вывода второго модулирующего сигнала m(t), и средство 13d генерирования второго модулирующего сигнала считывает данные, сохраненные в средстве 13e сохранения второго модулирующего сигнала, и выводит второй модулирующий сигнал m(t). Источник 13a сигнала несущей волны генерирует несущую волну с определенной частотой, выполняет частотную модуляцию этой несущей волны вторым модулирующим сигналом m(t) и выводит сигнал с двойной модуляцией с мгновенной частотой f0+fD·m(t).Furthermore, as another specific example of the
Средство 13d генерирования второго модулирующего сигнала выполнено на основе микропроцессора и других элементов, но оно только генерирует второй модулирующий сигнал в соответствии с заранее сохраненными данными; поэтому можно использовать процессор с малыми функциональными возможностями по сравнению с микропроцессором, используемым для анализа Фурье (частотного анализа) в принципах 1 и 2 измерения, и обеспечивается малая стоимость.The second modulating signal generating means 13d is based on a microprocessor and other elements, but it only generates a second modulating signal in accordance with previously stored data; therefore, it is possible to use a processor with low functionality compared to the microprocessor used for Fourier analysis (frequency analysis) in
Кроме того, как показано на фиг. 16(b), источник 13 сигнала может содержать средство генерирования сигнала с двойной модуляцией, оснащенное микропроцессором, и средство 13g сохранения сигнала с двойной модуляцией, в котором сохраняются данные для вывода сигнала с двойной модуляцией с мгновенной частотой f0+fD·m(t), и данные, сохраненные в средстве 13g сохранения сигнала с двойной модуляцией, считываются средством 13f генерирования сигнала с двойной модуляцией для генерирования сигнала с двойной модуляцией.In addition, as shown in FIG. 16 (b), the
Средство 13f генерирования сигнала с двойной модуляцией также оснащено микропроцессором, но при этом можно использовать процессор с меньшими функциональными возможностями по сравнению с микропроцессором, используемым для анализа Фурье (частотного анализа), и обеспечивается снижение стоимости.The dual modulation signal generating means 13f is also equipped with a microprocessor, but it is possible to use a processor with less functionality than the microprocessor used for Fourier analysis (frequency analysis), and a cost reduction is provided.
Модуль 2 передачи представляет собой двунаправленный элемент, такой как антенна (или электрод), предназначенный для передачи сигнала, выводимого из источника 13 сигнала в виде волнового колебания. В случае, когда модуль 3 детектирования смешанной волны расположен между источником 13 сигнала и модулем 2 передачи, модуль 2 передачи может выполнять роль приема отраженной волны. Модуль 2 передачи выводит волновое колебание, содержащее частотные компоненты, выводимые из источника 13 сигнала, и выводимое волновое колебание передают к объекту 6 измерения.The
Таким образом, бегущая волна VT в заявленном изобретении означает волновое колебание, передаваемое из модуля 2 передачи, и сигнал, выводимый из источника 13 сигнала.Thus, the traveling wave V T in the claimed invention means a wave oscillation transmitted from the
Следовательно, в случае, когда смешанная волна сигнала из источника 13 сигнала и сигнал отраженной волны, возвращаемый через модуль 2 передачи, детектируют с помощью модуля 3 детектирования смешанной волны, сигнал от источника 13 сигнала представляет собой бегущую волну VT.Therefore, in the case where the mixed wave of the signal from the
Модуль 3 детектирования смешанной волны детектирует смешанную волну VC, состоящую из бегущей волны VT и отраженной волны VRk. Этот модуль 3 детектирования смешанной волны может быть выполнен в виде ненаправленного соединителя, предназначенного для детектирования смешанной волны VC, состоящей из бегущей волны VT, выводимой источником 13 сигнала, и отраженной волны VRk, возвращенной через модуль 2 передачи, подключенный посередине фидера питания, который соединяет источник 13 сигнала с модулем 2 передачи. Кроме того, приемная антенна (или электрод), предназначенная для детектирования смешанной волны Vc, состоящей из бегущей волны VT и отраженной волны VRk, установлена в пространстве между модулем 2 передачи и объектом 6 измерения, и может использоваться для модуля 3 детектирования смешанной волны.The mixed
Модуль 15 детектирования амплитудного компонента детектирует амплитудный компонент смешанной волны VC, детектируемой модулем 3 детектирования смешанной волны, и в его состав входит один из детектора огибающей, квадратичного детектора, синхронного детектора, квадратурного детектора и др.The amplitude
Модуль 16 выбора одиночной частоты выбирает один частотный компонент из амплитудных компонентов смешанной волны VC, детектируемой модулем 15 детектирования амплитудного компонента, и содержит любой из квадратурного детектора, полосового фильтра, согласованного фильтра и других устройств.The single
Модуль 17 детектирования уровня сигнала детектирует уровень сигнала, полученный модулем 16 выбора одиночной частоты, и содержит один из детектора огибающей, квадратичного детектора и других устройств. Кроме того, модуль 17 детектирования уровня сигнала может содержать АЦ преобразователь, микропроцессор и другие устройства, и выходной сигнал модуля 16 детектирования одиночной частоты может подвергаться АЦ преобразованию, и уровень сигнала может быть рассчитан с помощью микропроцессора.The signal
Модуль 18 расчета расстояния рассчитывает расстояние до объекта 6 измерения на основе пика уровня сигнала, детектируемого модулем 17 детектирования уровня сигнала.The
(Принцип 3 измерения)(
Рассмотрим теперь фиг.15 - 19, со ссылкой на которые будет описан принцип измерения устройства измерения расстояния, и способа измерения расстояния, которые относятся к заявленному изобретению следующим образом.We now consider FIGS. 15-19, with reference to which the measurement principle of the distance measuring device and the distance measuring method, which relate to the claimed invention as follows, will be described.
Когда источник 13 сигнала выполняет двойную частотную модуляцию несущей волны с определенной частотой с использованием второго сигнала модуляции, который был частотно-модулирован первым модулирующим сигналом, и выводит сигнал с двойной модуляцией с мгновенной частотой f0+fD·m(t), бегущая волна VT в момент времени t, прошедшего от начала измерения, и в положении x становится частотно-модулированным незатухающим колебанием, которое выражено следующим Ур. (20): When the
где t обозначает время, прошедшее от начала измерения, c означает скорость света, А обозначает амплитуду, θ обозначает фазу, и любая одна точка на оси x представляет собой x=0. Кроме того, m(t) представляет собой ступенчато-изменяющийся сигнал, мгновенное значение которого увеличивается на Δx в первом периоде T, как показано во втором модулирующем и следующем Ур. (22), и представляет собой пилообразное колебание, представленное на фиг. 17 и в следующем Ур. (21):where t is the time elapsed from the start of the measurement, c is the speed of light, A is the amplitude, θ is the phase, and any one point on the x axis is x = 0. In addition, m (t) is a step-changing signal, the instantaneous value of which increases by Δx in the first period T, as shown in the second modulating and the next Eq. (22), and is a sawtooth wave shown in FIG. 17 and the next Lv. (21):
Однако [] представляет максимальное целочисленное значение, которое не превышает значение. m(t) представляет собой пилообразное колебание с частотой fm, минимальным значением -1 и максимальным значением +1, как показано на фиг. 17.However, [] represents the maximum integer value that does not exceed the value. m (t) is a sawtooth wave with a frequency fm, a minimum value of -1 and a maximum value of +1, as shown in FIG. 17.
Таким образом, время восстановления пилообразного колебания, показанного на фиг. 17, равно нулю, но пилообразное колебание может представлять собой колебание, которое имеет определенное время восстановления (то есть треугольное колебание).Thus, the ramp recovery time shown in FIG. 17 is zero, but the sawtooth wobble may be a wobble that has a specific recovery time (i.e., a triangular wobble).
x(t) представляет собой первый модулирующий сигнал, который изменяет частоту fm для m(t), и представляет собой сигнал в соответствии с фиг. 18 (ступенчатой формы).x (t) is a first modulating signal that changes the frequency f m for m (t), and is a signal in accordance with FIG. 18 (stepped form).
Таким образом, когда x(t)=NΔx, (N=1, 2,...), m(t) является частотно-модулированным таким образом, что частота fm для m(t) соответствует следующему Ур. (23):Thus, when x (t) = NΔx, (N = 1, 2, ...), m (t) is frequency-modulated in such a way that the frequency f m for m (t) corresponds to the following Eq. (23):
Таким образом, x(t) представляет собой ступенчато изменяющийся сигнал, который увеличивается на Δx в конкретном первом периоде, но тот же принцип применяется, даже когда x(t) будет представлен ступенчатым сигналом, который уменьшается на Δx. В остальной части этого раздела будет описан ступенчатый сигнал, в котором x(t) увеличивается на Δx.Thus, x (t) is a stepwise varying signal that increases by Δx in a particular first period, but the same principle applies even when x (t) is represented by a stepwise signal that decreases by Δx. The remainder of this section will describe a step signal in which x (t) increases by Δx.
Очевидно, что первый период T первого модулирующего сигнала длиннее, чем период пилообразного колебания (время повторения) второго модулирующего сигнала. Кроме того, период пилообразного колебания второго модулирующего сигнала длиннее, чем период несущей волны.Obviously, the first period T of the first modulating signal is longer than the ramp period (repetition time) of the second modulating signal. In addition, the ramp period of the second modulating signal is longer than the period of the carrier wave.
Обозначим как dk расстояние до k-ого объекта 6 измерения, vk скорость, yk и φk размер и фазу коэффициента отражения, соответственно; тогда отраженная волна VRk от объекта 6 измерения может быть выражена следующим Ур. (24), где k=1, 2,...Denote by d k the distance to the k-
В таком случае, сигнал VC смешанной волны, детектируемый модулем 3 детектирования смешанной волны, в местоположении, где x=xs, может быть выражен следующим Ур. (25):In this case, the mixed-wave signal V C detected by the mixed-
И амплитуда сигнала Vc может быть выражена следующим Ур.(26):And the signal amplitude V c can be expressed by the following Eq. (26):
На практике можно принять, что размер отраженной волны чрезвычайно мал, yk<<1, и член второй степени yk и выше можно игнорировать, поскольку они приблизительно равны нулю. Следовательно, уравнение можно аппроксимировать в виде следующего Ур. (27):In practice, it can be accepted that the size of the reflected wave is extremely small, y k << 1, and the second-degree term y k and higher can be ignored, since they are approximately equal to zero. Therefore, the equation can be approximated as the following Eq. (27):
Теперь, если сделать t достаточно малым, можно принять, что vkt≡0, амплитуда VC может быть аппроксимирована в виде следующего Ур.(28) и влияние скорости vk можно устранить:Now, if t is made small enough, we can assume that v k t≡0, the amplitude V C can be approximated as the following Eq. (28), and the influence of the speed v k can be eliminated:
Кроме того, при выполнении аппроксимации в виде следующего Ур. (29)In addition, when performing the approximation in the form of the following Eq. (29)
Ур. (28) принимает форму следующего Ур. (30).Ur (28) takes the form of the next Lv. (thirty).
где А=1, поскольку константа A не содержит информацию в заявленном изобретении.where A = 1, since the constant A does not contain information in the claimed invention.
Когда x(t) = NΔx, компонент fk амплитуды k-ого объекта 6 измерения можно определить в соответствии со следующим Ур. (31), путем дифференциации фазы для а(t, xs):When x (t) = NΔx, the component f k of the amplitude of the k-
Когда x(t)=NΔx равно dk·xs, расстоянию между объектом 6 измерения и модулем детектирования смешанной волны, fk представляет собой частоту fB, заданную следующим Ур. (32):When x (t) = NΔx is equal to d k · x s , the distance between the
Следовательно, если а(t, xs) попадает в модуль 16 выбора одиночной частоты, такой как квадратурный детектор, полосовой фильтр и т.д., выбирают только частотный компонент fB, и детектируют уровень сигнала, становится возможным узнать, присутствует ли объект 6 измерения на расстоянии x(t)=NΔx.Therefore, if a (t, x s ) falls into the single
В случае, когда квадратурный детектор используется как модуль 16 выбора одиночной частоты для выбора частотного компонента fB, выход R(x(t)) при x(t)=NΔx квадратурного детектирования может быть определен с помощью следующего Ур. (33):In the case where the quadrature detector is used as a single
Таким образом, выход R(x(t)) квадратурного детектирования называется спектром расстояния.Thus, the quadrature detection output R (x (t)) is called the distance spectrum.
Уровень (интенсивность) спектра R (x(t)) расстояния выражается его абсолютным значением. То есть интенсивность |R(x(t))| может быть представлена следующим Ур. (34):The level (intensity) of the spectrum R (x (t)) of the distance is expressed by its absolute value. That is, the intensity | R (x (t)) | may be represented by the following ur. (34):
Как описано выше, в устройстве измерения расстояния и в способе измерения расстояния, относящимся к заявленному изобретению, детектируют смешанную волну, состоящую из бегущей волны и отраженной волны, отражаемой объектом 6 измерения; поэтому нет необходимости разделять бегущую волну и отраженную волну, и может быть получена простая конструкция, и может быть получено устройство измерения малых расстояний с малой стоимостью.As described above, in the distance measuring device and in the distance measuring method related to the claimed invention, a mixed wave consisting of a traveling wave and a reflected wave reflected by the
Кроме того, при определении спектра расстояния по смешанной волне, состоящей из бегущей волны, имеющей множество различных частотных компонентов, и ее отраженной волны, можно определить расстояние между объектом измерения и модулем детектирования смешанной волны по расстоянию, на котором интенсивность спектра расстояния принимает значение пика.In addition, when determining the distance spectrum from a mixed wave consisting of a traveling wave having many different frequency components and its reflected wave, one can determine the distance between the measurement object and the mixed wave detection module from the distance at which the intensity of the distance spectrum takes on a peak value.
Когда расстояние до объекта измерения измеряют с использованием стоячей волны, в принципе, невозможно сделать время наблюдения меньшим, чем время, в течение которого формируется стоячая волна, после переключения частоты бегущей волны, при этом пик спектра расстояния подвергается влиянию эффекта Доплера, и генерируется ошибка измерения, но в заявленном изобретении, в принципе, отсутствует концепция переключения частоты, и время наблюдения может быть сокращено до такого уровня, что эффект Доплера можно фактически игнорировать, и можно точно проводить измерение расстояния.When the distance to the measurement object is measured using a standing wave, it is in principle impossible to make the observation time shorter than the time during which the standing wave is formed after switching the frequency of the traveling wave, while the peak of the distance spectrum is affected by the Doppler effect and a measurement error is generated but, in the claimed invention, in principle, there is no concept of frequency switching, and the observation time can be reduced to such a level that the Doppler effect can actually be ignored, and you can but a distance measurement.
Кроме того, не используется ни микропроцессор, и т.д., ни другое средство, которое может выполнять спектральный анализ с высокой скоростью, и сигнальный процессор выполнен в виде детектора огибающей, квадратичного детектора, синхронного детектора, квадратурного детектора, полосового фильтра, согласованного фильтра и других устройства, и при этом детектируют интенсивность (уровень сигнала) спектра расстояния: поэтому сигнальный процессор, который выполняет обработку приблизительно с такой же скоростью, как и скорость сигнального процессора, для которого используется микропроцессор и т.д., может быть получен с малой стоимостью. Таким образом, даже при малой стоимости, может быть получено устройство измерения расстояния, работающее с высокой скоростью обработки сигналов.In addition, neither a microprocessor, etc., nor any other means that can perform spectral analysis at high speed is used, and the signal processor is made in the form of an envelope detector, a quadratic detector, a synchronous detector, a quadrature detector, a bandpass filter, a matched filter and other devices, and at the same time they detect the intensity (signal level) of the distance spectrum: therefore, a signal processor that performs processing at approximately the same speed as the speed of the signal process An ora for which a microprocessor is used, etc., can be obtained at a low cost. Thus, even at low cost, a distance measuring device operating at a high signal processing speed can be obtained.
(Моделирование 3)(Simulation 3)
Далее, на основе приведенного выше принципа 3 измерения, будет выполнено моделирование с использованием устройства измерения расстояния, показанного на фиг. 19 и 21.Further, based on the
При таком моделировании, как показано на фиг. 19 и 21, устройство измерения расстояния имеет синусоидальную волну с частотой f0=24,1 ГГц, с максимальным сдвигом fD=37,5 МГц частоты, периодом модуляции первого модулирующего сигнала T=20 мкс, мгновенным увеличением значения первого модулирующего сигнала Δx=0,2 м, и константой, которая определяет частоту второго модулирующего сигнала m(t) η=1/75, и выводит сигнал с мгновенной частотой f0+fD·m(t). И бегущую волну VT, выраженную Ур. (20), передают из модуля 2 передачи. Смешанную волну VC(t, 0), состоящую из отраженной волны VRk, отраженной k-ым объектом 6 измерения, и бегущей волны VT, детектируют с помощью модуля 3 детектирования смешанной волны. На основе детектируемой смешанной волны VC, сигнальный процессор 19 (24) рассчитывает положение объекта 6 измерения.With such a simulation, as shown in FIG. 19 and 21, the distance measuring device has a sine wave with a frequency f 0 = 24.1 GHz, with a maximum frequency shift f D = 37.5 MHz, a modulation period of the first modulating signal T = 20 μs, an instant increase in the value of the first modulating signal Δx = 0.2 m, and a constant that determines the frequency of the second modulating signal m (t) η = 1/75, and outputs a signal with an instantaneous frequency f 0 + f D · m (t). And the running wave V T expressed by Ur. (20) are transmitted from
(Моделирование 3-1)(Simulation 3-1)
На фиг. 19 представлена иллюстрация устройства измерения расстояния, имеющего сигнальный процессор 19, выполненный с детектором 20 огибающей, который детектирует амплитудный компонент с помощью квадратурного детектора 21, который выбирает только частотный компонент fB=1 МГц, модуль 22 детектирования уровня, который детектирует уровень сигнала, и модуль 23 расчета расстояния.In FIG. 19 is an illustration of a distance measuring device having a
На фиг. 20 показан график, который представляет положение (x(t)) и интенсивность спектра |R(x(t))| расстояния, когда выполняют моделирование при условиях, в которых два объекта 6 и 6 измерения расположены на расстояниях d1=12 м и d2=20 м, соответственно, при этом коэффициент отражения γ1=0,01 и фаза φ1=τ для объекта 6 измерения, расположенного на расстоянии d1=12 м, и коэффициент отражения γ2=0,01 и фаза φ2=τ для объекта 6 измерения, расположенного на расстоянии d2=20 м. Как можно видеть на фиг. 20, пики интенсивности спектра расстояния получают в точках 12 м и 20 м, соответственно. Это обозначает, что, даже если квадратурный детектор и т.д. используют вместо микропроцессора и т.д., можно правильно измерять расстояние.In FIG. 20 is a graph that represents the position (x (t)) and spectrum intensity | R (x (t)) | distances when modeling is performed under conditions in which two
(Моделирование 3-2)(Simulation 3-2)
На фиг. 21 представлена иллюстрация устройства измерения расстояния, имеющего сигнальный процессор 24, выполненный с детектором огибающей для детектирования 25 амплитудного компонента, двумя полосовыми фильтрами 26a и 26b, детектором огибающей для детектирования 27 уровня сигнала, и модулем 28 расчета расстояния 28.In FIG. 21 is an illustration of a distance measuring device having a
На фиг. 22 показан график, который представляет положение (x(t)) и интенсивность спектра |R(x(t))| расстояния, когда выполняют моделирование в условиях, в которых два объекта 6 и 6 измерения расположены на расстояниях d1=12 м и d2=20 м, соответственно, коэффициент отражения γ1=0,01 и фаза φ1=τ для объекта 6 измерения, который расположен на расстоянии d1=12 м, коэффициент отражения γ2=0,01 и фаза φ2=τ для объекта 6 измерения, который расположен на расстоянии d2=20 м, при этом полосовой фильтр выбирает частоту fB=1 МГц и Q=20.In FIG. 22 is a graph that represents the position (x (t)) and spectrum intensity | R (x (t)) | distances when modeling is performed under conditions in which two
Как можно видеть на фиг. 22, пики размера спектра расстояния получают в точках 12 м и 20 м, соответственно. Это обозначает, что, даже если полосовой фильтр и т.д. используют вместо микропроцессора и т.д., можно правильно измерять расстояние. В представленном примере два полосовых фильтра соединены последовательно, но количество полосовых фильтров не должно быть ограничено 2, и, конечно, произвольное количество полосовых фильтров можно использовать в соответствии с потребностью.As can be seen in FIG. 22, peaks in the size of the distance spectrum are obtained at points of 12 m and 20 m, respectively. This means that even if the bandpass filter, etc. used instead of a microprocessor, etc., you can correctly measure the distance. In the presented example, two band-pass filters are connected in series, but the number of band-pass filters should not be limited to 2, and, of course, an arbitrary number of band-pass filters can be used as needed.
Таким образом, в приведенном выше описании смешанную волну детектируют с использованием одного модуля 3 детектирования смешанной волны, но множество модулей 3,…, 3 детектирования смешанной волны может быть установлено в разных местах, соответственно, и на основе смешанных волн, детектируемых ими, можно получать спектр расстояния и можно измерять положение цели 6 измерения.Thus, in the above description, a mixed wave is detected using one mixed
Промышленная применимостьIndustrial applicability
Настоящее изобретение может использоваться в качестве системы предотвращения столкновений при установке устройства измерения расстояния на движущихся объектах, таких, как автомобили и т.д., в качестве датчиков измерения уровня жидкости и порошка, или датчиков, которые детектируют присутствие и положение человека в системах безопасности.The present invention can be used as a collision avoidance system when installing a distance measuring device on moving objects, such as cars, etc., as liquid and powder level sensors, or sensors that detect a person’s presence and position in security systems.
Claims (22)
источник сигнала, который выводит сигнал, имеющий множество разных частотных компонентов в пределах определенной полосы частот;
модуль передачи, который передает этот сигнал в виде волнового колебания;
модуль детектирования смешанной волны, который детектирует смешанную волну, состоящую из бегущей волны, включающей в себя либо волновое колебание, передаваемое модулем передачи, либо сигнал, выводимый источником сигнала, и отраженной волны волнового колебания, переданного модулем передачи и отраженного от объекта измерения;
модуль анализа частотного компонента, который анализирует частотный компонент смешанной волны, детектированной модулем детектирования смешанной волны; и
модуль расчета расстояния, который определяет спектр расстояния путем дополнительной обработки анализируемых данных с использованием спектрального анализа и рассчитывает расстояние до объекта измерения.1. A distance measuring device that measures a distance to a measurement object, comprising:
a signal source that outputs a signal having a plurality of different frequency components within a certain frequency band;
a transmission module that transmits this signal in the form of a wave oscillation;
a mixed wave detection module that detects a mixed wave consisting of a traveling wave including either a wave oscillation transmitted by a transmission module or a signal output by a signal source and a reflected wave oscillation transmitted by a transmission module and reflected from the measurement object;
a frequency component analysis module that analyzes the frequency component of the mixed wave detected by the mixed wave detection module; and
distance calculation module, which determines the distance spectrum by additional processing of the analyzed data using spectral analysis and calculates the distance to the measurement object.
модуль анализа частотного компонента анализирует частотные компоненты каждой смешанной волны, детектируемой модулями детектирования смешанной волны; и
модуль расчета расстояния рассчитывает спектр расстояния, используя проанализированные данные частотного компонента множества полученных смешанных волн.10. A distance measuring device according to any one of claims 1 to 4, in which a plurality of mixed wave detection modules are located in different positions;
the frequency component analysis module analyzes the frequency components of each mixed wave detected by the mixed wave detection modules; and
the distance calculation module calculates the distance spectrum using the analyzed data of the frequency component of the set of mixed waves obtained.
множество модулей детектирования смешанной волны расположено в разных положениях;
модуль анализа частотного компонента анализирует частотные компоненты каждой смешанной волны, детектируемой модулями детектирования смешанной волны; и
модуль расчета расстояния рассчитывает спектр расстояния, используя проанализированные данные частотного компонента множества полученных смешанных волн.11. The distance measuring device according to claim 5, in which
a plurality of mixed wave detection modules are located in different positions;
the frequency component analysis module analyzes the frequency components of each mixed wave detected by the mixed wave detection modules; and
the distance calculation module calculates the distance spectrum using the analyzed data of the frequency component of the set of mixed waves obtained.
множество модулей детектирования смешанной волны расположено в разных положениях;
модуль анализа частотного компонента анализирует частотные компоненты каждой смешанной волны, детектируемой модулями детектирования смешанной волны; и
модуль расчета расстояния рассчитывает спектр расстояния, используя проанализированные данные частотного компонента множества полученных смешанных волн.12. The distance measuring device according to claim 6, in which
a plurality of mixed wave detection modules are located in different positions;
the frequency component analysis module analyzes the frequency components of each mixed wave detected by the mixed wave detection modules; and
the distance calculation module calculates the distance spectrum using the analyzed data of the frequency component of the set of mixed waves obtained.
множество модулей детектирования смешанной волны расположено в разных положениях;
модуль анализа частотного компонента анализирует частотные компоненты каждой смешанной волны, детектируемой модулями детектирования смешанной волны; и
модуль расчета расстояния рассчитывает спектр расстояния, используя проанализированные данные частотного компонента множества полученных смешанных волн.13. The distance measuring device according to claim 7, in which
a plurality of mixed wave detection modules are located in different positions;
the frequency component analysis module analyzes the frequency components of each mixed wave detected by the mixed wave detection modules; and
the distance calculation module calculates the distance spectrum using the analyzed data of the frequency component of the set of mixed waves obtained.
передают модулем передачи сигнал, выводимый источником сигнала, имеющий множество различных частотных компонентов в определенной полосе частот, в виде волнового колебания;
детектируют смешанную волну, состоящую из бегущей волны, включающей в себя либо передаваемое модулем передачи волновое колебание, либо сигнал, выводимый источником сигнала, и отраженной волны в виде переданного модулем передачи волнового колебания, отраженного от объекта измерения;
анализируют частотный компонент детектированной смешанной волны; и определяют спектр расстояния, дополнительно подвергая данные, проанализированные с использованием анализа частотного компонента, спектральному анализу, и, таким образом, рассчитывают расстояние до объекта измерения.14. A method of measuring distance, which measures the distance to the measurement object, comprising stages in which:
transmit by the transmission module a signal output by a signal source having a plurality of different frequency components in a certain frequency band in the form of a wave oscillation;
detecting a mixed wave, consisting of a traveling wave, including either a wave oscillation transmitted by a transmission module or a signal output by a signal source, and a reflected wave in the form of a wave oscillation transmitted by a transmission module reflected from a measurement object;
analyze the frequency component of the detected mixed wave; and determining the distance spectrum, further exposing the data analyzed using frequency component analysis to spectral analysis, and thus calculating the distance to the measurement object.
источник сигнала, который выводит частотно-модулированный сигнал, полученный путем частотной модуляции несущей волны с определенной частотой, сигналом с произвольной частотой,
модуль передачи, который передает частотно-модулированный сигнал в виде волнового колебания;
модуль детектирования смешанной волны для детектирования смешанной волны, состоящей из бегущей волны, включающей в себя либо волновое колебание, переданное из модуля передачи, либо частотно-модулированный сигнал, выведенный из источника сигнала, и отраженной волны в виде волнового колебания, переданного из модуля передачи, отраженного от объекта измерения;
модуль детектирования амплитудного компонента, который детектирует амплитудный компонент смешанной волны, детектированной модулем детектирования смешанной волны; и
модуль расчета расстояния, который определяет спектр расстояния, дополнительно подвергая амплитудный компонент, детектированный модулем детектирования амплитудного компонента, спектральному анализу, и рассчитывает расстояние до объекта измерения.15. A distance measuring device that measures a distance to a measurement object, comprising:
a signal source that outputs a frequency-modulated signal obtained by frequency modulating a carrier wave with a specific frequency, a signal with an arbitrary frequency,
a transmission module that transmits a frequency-modulated signal in the form of a wave oscillation;
a mixed wave detection module for detecting a mixed wave consisting of a traveling wave including either a wave oscillation transmitted from a transmission module or a frequency modulated signal output from a signal source and a reflected wave in the form of a wave oscillation transmitted from a transmission module, reflected from the measurement object;
an amplitude component detection module that detects an amplitude component of a mixed wave detected by a mixed wave detection module; and
a distance calculation module that determines a distance spectrum, further exposing the amplitude component detected by the amplitude component detection module to spectral analysis, and calculates a distance to the measurement object.
модуль детектирования амплитудного компонента детектирует амплитудные компоненты каждой смешанной волны, детектированной модулями детектирования смешанной волны; и
модуль расчета расстояния рассчитывает спектр расстояния, используя данные амплитудного компонента множества полученных смешанных волн.17. The distance measuring device according to claim 15 or 16, wherein the plurality of mixed wave detection modules are located in different positions;
the amplitude component detection module detects the amplitude components of each mixed wave detected by the mixed wave detection modules; and
the distance calculation module calculates the distance spectrum using the amplitude component data of the plurality of mixed waves obtained.
модулем передачи передают сигнал, полученный в источнике сигнала путем частотной модуляции несущей волны с определенной частотой, сигналом с произвольной частотой, в качестве волнового колебания;
детектируют смешанную волну, состоящую из бегущей волны, включающей в себя либо переданное модулем передачи волновое колебание, либо частотно-модулированный сигнал, полученный в источнике сигнала, и отраженной волны в виде переданного модулем передачи волнового колебания, отраженного от объекта измерения;
детектируют амплитудный компонент детектированной смешанной волны; и
определяют спектр расстояния, дополнительно подвергая амплитудный компонент спектральному анализу, и рассчитывают, таким образом, расстояние до объекта измерения.18. A method of measuring distance, which measures the distance to the measurement object, comprising stages in which:
the transmission module transmit the signal obtained at the signal source by frequency modulating the carrier wave with a specific frequency, a signal with an arbitrary frequency, as a wave oscillation;
detecting a mixed wave, consisting of a traveling wave, including either a wave oscillation transmitted by a transmission module or a frequency-modulated signal received at a signal source, and a reflected wave in the form of a wave oscillation transmitted by a transmission module reflected from the measurement object;
detecting the amplitude component of the detected mixed wave; and
determine the distance spectrum, additionally subjecting the amplitude component to spectral analysis, and thus calculate the distance to the measurement object.
источник сигнала, который выводит сигнал с двойной частотой модуляцией, полученный в результате двойной частотной модуляции несущей волны с определенной частотой вторым модулирующим сигналом, заранее частотно-модулированным первым модулирующим сигналом;
модуль передачи, который передает сигнал с двойной частотной модуляцией в качестве волнового колебания;
модуль детектирования смешанной волны для детектирования смешанной волны, состоящей из бегущей волны, включающей в себя либо волновое колебание, переданное модулем передачи, либо сигнал с двойной модуляцией, выведенный из источника сигнала, и отраженной волны в виде волнового колебания, переданного из модуля передачи, отраженного от объекта измерения;
модуль детектирования амплитудного компонента, который детектирует амплитудный компонент смешанной волны, детектированной модулем детектирования смешанной волны;
модуль выбора одиночной частоты, который выбирает один определенный частотный компонент из амплитудных компонентов, детектированных модулем детектирования амплитудного компонента;
модуль детектирования уровня сигнала, который детектирует уровень сигнала, полученный модулем выбора одиночной частоты; и
модуль расчета расстояния, который рассчитывает расстояние до объекта измерения на основе уровня сигнала, полученного модулем детектирования уровня сигнала.19. A distance measuring device that measures a distance to a measurement object, comprising:
a signal source that outputs a signal with a double frequency modulation, obtained as a result of double frequency modulation of the carrier wave with a certain frequency by a second modulating signal, pre-frequency-modulated by the first modulating signal;
a transmission module that transmits a dual frequency modulated signal as a wave oscillation;
a mixed wave detection module for detecting a mixed wave consisting of a traveling wave including either a wave oscillation transmitted by a transmission module or a double modulated signal output from a signal source and a reflected wave in the form of a wave oscillation transmitted from a transmission module reflected from the measurement object;
an amplitude component detection module that detects an amplitude component of a mixed wave detected by a mixed wave detection module;
a single frequency selection module that selects one specific frequency component from the amplitude components detected by the amplitude component detection module;
a signal level detecting unit that detects a signal level obtained by the single frequency selector; and
a distance calculation module that calculates a distance to a measurement object based on a signal level obtained by a signal level detection module.
источник сигнала имеет средство сохранения сигнала с двойной модуляцией, в котором заранее сохраняют сигнал с двойной модуляцией; или
источник сигнала имеет средство сохранения второго модулирующего сигнала, в котором заранее сохраняют второй модулирующий сигнал, и средство генерирования несущей волны, которое генерирует несущую волну.20. The distance measuring device according to claim 19, in which the signal source individually generates a first modulating signal, a second modulating signal modulated by the first modulating signal, and a carrier wave; or
the signal source has means for storing a signal with double modulation, in which the signal with double modulation is stored in advance; or
the signal source has means for storing a second modulating signal, in which a second modulating signal is stored in advance, and means for generating a carrier wave that generates a carrier wave.
передают модулем передачи в качестве волнового колебания сигнал с двойной модуляцией, полученный в источнике сигнала в результате двойной частотной модуляции несущей волны с определенной частотой вторым модулирующим сигналом, заранее частотно-модулированным первым модулирующим сигналом;
детектируют смешанную волну, состоящую из бегущей волны, включающей в себя либо переданное модулем передачи волновое колебание, либо сигнал с двойной частотной модуляцией, полученный в источнике сигнала, и отраженной волны, в виде волнового колебания, переданного модулем передачи, отраженного от объекта измерения;
детектируют амплитудный компонент детектированной смешанной волны;
выбирают один определенный частотный компонент из амплитудных компонентов;
детектируют уровень сигнала выбранного частотного компонента; и
рассчитывают расстояние до объекта измерения по уровню сигнала. 22. A method of measuring the distance with which to measure the distance to the measurement object, containing stages in which:
transmitting, as a wave oscillation, the transmission module, the double-modulated signal obtained at the signal source as a result of the double frequency modulation of the carrier wave with a certain frequency by a second modulating signal pre-frequency-modulated by the first modulating signal;
detecting a mixed wave consisting of a traveling wave including either a wave oscillation transmitted by a transmission module or a dual frequency modulated signal received at a signal source and a reflected wave in the form of a wave oscillation transmitted by a transmission module reflected from a measurement object;
detecting the amplitude component of the detected mixed wave;
selecting one specific frequency component from the amplitude components;
detecting a signal level of a selected frequency component; and
calculate the distance to the measurement object by signal level.
Applications Claiming Priority (4)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP2005-255595 | 2005-09-02 | ||
JP2005255595 | 2005-09-02 | ||
JP2006-054485 | 2006-03-01 | ||
JP2006054485A JP4293194B2 (en) | 2005-09-02 | 2006-03-01 | Distance measuring device and distance measuring method |
Publications (2)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
RU2008112680A RU2008112680A (en) | 2009-10-10 |
RU2419813C2 true RU2419813C2 (en) | 2011-05-27 |
Family
ID=37835642
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
RU2008112680/09A RU2419813C2 (en) | 2005-09-02 | 2006-08-25 | Method and device for measuring distance |
Country Status (9)
Country | Link |
---|---|
US (1) | US7932855B2 (en) |
EP (1) | EP1930743A1 (en) |
JP (1) | JP4293194B2 (en) |
KR (1) | KR20080039473A (en) |
CN (1) | CN101288001B (en) |
BR (1) | BRPI0615288A2 (en) |
CA (1) | CA2621122A1 (en) |
RU (1) | RU2419813C2 (en) |
WO (1) | WO2007029519A1 (en) |
Cited By (1)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
WO2015154085A1 (en) * | 2014-04-04 | 2015-10-08 | Texas Instruments Incorporated | Antenna configuration for parking assist radar |
Families Citing this family (36)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JP4831810B2 (en) * | 2005-11-29 | 2011-12-07 | 新日本無線株式会社 | Standing wave radar and distance measuring method |
US8026843B2 (en) * | 2008-01-31 | 2011-09-27 | Infineon Technologies Ag | Radar methods and systems using ramp sequences |
JP5235728B2 (en) * | 2009-03-06 | 2013-07-10 | 三菱電機株式会社 | Guidance device |
JP2010271088A (en) * | 2009-05-19 | 2010-12-02 | Saika Gijutsu Kenkyusho | High resolution distance measuring method and distance measuring device using phase information |
KR101675112B1 (en) | 2010-01-21 | 2016-11-22 | 삼성전자주식회사 | Method of extractig depth information and optical apparatus employing the method |
ES2426130T3 (en) * | 2010-11-04 | 2013-10-21 | Keba Ag | Detection of a foreign body mounted on an input medium used for authentication |
EP2570766B1 (en) * | 2011-09-16 | 2014-03-19 | Meggitt SA | Device and method for monitoring rotor blades of a turbine |
JP5912879B2 (en) * | 2012-05-31 | 2016-04-27 | 株式会社デンソー | Radar equipment |
JP5980587B2 (en) * | 2012-06-21 | 2016-08-31 | 古野電気株式会社 | Radar apparatus and reflected signal processing method |
DE102012220879A1 (en) * | 2012-11-15 | 2014-05-15 | Robert Bosch Gmbh | Rapid-chirp-FMCW radar |
KR101289315B1 (en) * | 2013-03-05 | 2013-07-24 | 국방과학연구소 | Mcw radio altimeter having wide altitude range and low measurement error and altitude measuring method thereof |
US9671488B2 (en) * | 2013-03-12 | 2017-06-06 | Rosemount Tank Radar Ab | Radar level gauge with signal division |
CN103323837A (en) * | 2013-06-27 | 2013-09-25 | 北京理工大学 | Frequency modulation continuous wave distance measuring method based on curve fitting |
DE102013213346A1 (en) * | 2013-07-08 | 2015-01-08 | Vega Grieshaber Kg | Determination of level and flow rate of a medium |
DE102013213340A1 (en) | 2013-07-08 | 2015-01-08 | Vega Grieshaber Kg | Determining a distance and a flow velocity of a medium |
WO2015060997A1 (en) * | 2013-10-25 | 2015-04-30 | Texas Instruments Incorporated | Angle resolution in radar |
US9759807B2 (en) | 2013-10-25 | 2017-09-12 | Texas Instruments Incorporated | Techniques for angle resolution in radar |
US9753120B2 (en) | 2014-10-22 | 2017-09-05 | Texas Instruments Incorporated | Method to “zoom into” specific objects of interest in a radar |
JP6655829B2 (en) * | 2014-12-08 | 2020-02-26 | アルモテック株式会社 | Moisture meter |
JP5848469B1 (en) * | 2015-01-23 | 2016-01-27 | 株式会社光波 | Biological condition detection device |
JP6376004B2 (en) * | 2015-03-06 | 2018-08-22 | オムロン株式会社 | transceiver |
US9853365B2 (en) | 2015-05-05 | 2017-12-26 | Texas Instruments Incorporated | Dynamic programming of chirps in a frequency modulated continuous wave (FMCW) radar system |
US10725170B2 (en) * | 2015-12-17 | 2020-07-28 | Honeywell International Inc. | Frequency modulated continuous wave radio altimeter spectral monitoring |
US9867180B2 (en) | 2015-12-17 | 2018-01-09 | Honeywell International Inc. | Cognitive allocation of TDMA resources in the presence of a radio altimeter |
US10177868B2 (en) | 2015-12-17 | 2019-01-08 | Honeywell International Inc. | Systems and methods to synchronize wireless devices in the presence of a FMCW radio altimeter |
JP6880850B2 (en) * | 2017-03-13 | 2021-06-02 | 富士通株式会社 | Distance measuring device, water level measurement system and distance measuring method |
US10299266B2 (en) | 2017-03-20 | 2019-05-21 | Honeywell International Inc. | Delay calculation in wireless systems |
JP6939159B2 (en) * | 2017-07-11 | 2021-09-22 | 富士通株式会社 | Distance measuring device, water level measurement system and distance measuring method |
DE112018005886T5 (en) * | 2017-11-17 | 2020-07-23 | Tactual Labs Co. | SYSTEM AND METHOD FOR AN INFUSION AREA SENSOR |
TWI660187B (en) * | 2018-06-07 | 2019-05-21 | 立積電子股份有限公司 | Moving object detection circuit and moving object detection method |
US20200341133A1 (en) * | 2019-04-01 | 2020-10-29 | Richwave Technology Corp. | Methods, circuits, and apparatus for motion detection, doppler shift detection, and positioning by self-envelope modulation |
CN112782656A (en) * | 2019-11-20 | 2021-05-11 | 深圳市奔象科技有限公司 | Standing wave radar state detection device |
CN111751834B (en) * | 2020-06-30 | 2024-02-20 | 重庆大学 | High-speed high-precision dynamic ranging method based on optical frequency modulation interference and single-frequency interference |
CN111999598B (en) * | 2020-08-24 | 2023-03-28 | 国网陕西省电力公司电力科学研究院 | Fault positioning method for hybrid line |
CN114460595A (en) * | 2020-10-30 | 2022-05-10 | 苏州镭智传感科技有限公司 | Target measuring method, device, measuring equipment and storage medium |
RU2769565C1 (en) * | 2021-05-08 | 2022-04-04 | Общество с ограниченной ответственностью "Генезис-Таврида" | Method for determining distances from a measuring station to several transponders |
Family Cites Families (22)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
DE2748124C2 (en) * | 1977-10-27 | 1983-01-13 | Philips Patentverwaltung Gmbh, 2000 Hamburg | Arrangement for distance measurement according to the FM-CW radar principle |
JPS54146676A (en) * | 1978-05-10 | 1979-11-16 | Fuji Electric Co Ltd | Acoustical measuring device |
JPS59142485A (en) * | 1983-02-04 | 1984-08-15 | Yamatake Honeywell Co Ltd | Range finding system |
JPS62108176A (en) * | 1985-11-06 | 1987-05-19 | Mitsubishi Electric Corp | Radar equipment |
JPH04315979A (en) * | 1991-04-15 | 1992-11-06 | Japan Radio Co Ltd | Method and device for mesuring distance using microwave |
JPH05281341A (en) * | 1992-03-30 | 1993-10-29 | Isao Iida | Method and instrument for measuring distance |
DE19521771A1 (en) * | 1995-06-20 | 1997-01-02 | Jan Michael Mrosik | FMCW distance measuring method |
US6052080A (en) * | 1995-09-07 | 2000-04-18 | Siemens Aktiengesellschaft | Rangefinder |
US5748295A (en) * | 1996-07-31 | 1998-05-05 | University Of Georgia Research Foundation | Method and apparatus for determining the range, direction and velocity of an object |
US5811677A (en) * | 1996-10-07 | 1998-09-22 | Bindicator Company | Material interface level sensing |
US6121918A (en) * | 1996-10-17 | 2000-09-19 | Celsiustech Electronics Ab | Procedure for the elimination of interference in a radar unit of the FMCW type |
DE19703237C1 (en) * | 1997-01-29 | 1998-10-22 | Siemens Ag | Radar range finder |
JPH11352219A (en) * | 1998-06-05 | 1999-12-24 | Mitsubishi Electric Corp | Vehicle-mounted radar system |
US20040119966A1 (en) * | 2001-03-01 | 2004-06-24 | Tadamitsu Iritani | Distance measuring device, distance measuring equipment and distance measuring method |
JP3461498B2 (en) | 2001-03-01 | 2003-10-27 | 徹志 上保 | Distance measuring device, distance measuring equipment and distance measuring method |
JP2002267744A (en) * | 2001-03-08 | 2002-09-18 | Toto Ltd | Object detector |
CN1322335C (en) * | 2002-06-07 | 2007-06-20 | 株式会社岛精机制作所 | Distance measurement method and device |
JP3782409B2 (en) * | 2002-08-30 | 2006-06-07 | 積水樹脂株式会社 | Moving object distance detection system |
JP4328555B2 (en) * | 2003-04-21 | 2009-09-09 | Necアクセステクニカ株式会社 | Distance measuring method, distance measuring apparatus to which the distance measuring method is applied, and distance measuring equipment to which the distance measuring apparatus is applied |
JP3768511B2 (en) * | 2004-05-17 | 2006-04-19 | 株式会社ノーケン | Distance measuring device, distance measuring method, and distance measuring program |
JP2006153477A (en) * | 2004-11-25 | 2006-06-15 | Nissan Motor Co Ltd | Distance measuring apparatus and method |
JP3784823B1 (en) * | 2005-07-15 | 2006-06-14 | 国立大学法人徳島大学 | Distance measuring device, distance measuring method, and distance measuring program |
-
2006
- 2006-03-01 JP JP2006054485A patent/JP4293194B2/en active Active
- 2006-08-25 WO PCT/JP2006/316683 patent/WO2007029519A1/en active Application Filing
- 2006-08-25 KR KR1020087005361A patent/KR20080039473A/en not_active Application Discontinuation
- 2006-08-25 CN CN2006800383708A patent/CN101288001B/en not_active Expired - Fee Related
- 2006-08-25 CA CA002621122A patent/CA2621122A1/en not_active Abandoned
- 2006-08-25 BR BRPI0615288A patent/BRPI0615288A2/en not_active IP Right Cessation
- 2006-08-25 US US11/991,384 patent/US7932855B2/en not_active Expired - Fee Related
- 2006-08-25 EP EP06783029A patent/EP1930743A1/en not_active Withdrawn
- 2006-08-25 RU RU2008112680/09A patent/RU2419813C2/en not_active IP Right Cessation
Cited By (3)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
WO2015154085A1 (en) * | 2014-04-04 | 2015-10-08 | Texas Instruments Incorporated | Antenna configuration for parking assist radar |
US10725162B2 (en) | 2014-04-04 | 2020-07-28 | Texas Instruments Incorporated | Antenna configuration for parking assist radar |
US11131761B2 (en) | 2014-04-04 | 2021-09-28 | Texas Instruments Incorporated | Antenna configuration for parking assist radar |
Also Published As
Publication number | Publication date |
---|---|
JP4293194B2 (en) | 2009-07-08 |
KR20080039473A (en) | 2008-05-07 |
BRPI0615288A2 (en) | 2016-09-13 |
RU2008112680A (en) | 2009-10-10 |
CN101288001A (en) | 2008-10-15 |
JP2007093576A (en) | 2007-04-12 |
CN101288001B (en) | 2013-03-06 |
EP1930743A1 (en) | 2008-06-11 |
CA2621122A1 (en) | 2007-03-15 |
US7932855B2 (en) | 2011-04-26 |
US20090251360A1 (en) | 2009-10-08 |
WO2007029519A1 (en) | 2007-03-15 |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
RU2419813C2 (en) | Method and device for measuring distance | |
US6396436B1 (en) | Radar method for measuring distances between and relative speeds of a vehicle and one or more obstacles | |
KR101779315B1 (en) | Radar operation method with increased doppler capability and system thereabout | |
CN102356332B (en) | Radar system having arrangements and method for decoupling transmission and reception signals and suppression of interference radiation | |
JP4015261B2 (en) | Detection method and apparatus for frequency modulation continuous wave radar to remove ambiguity between distance and speed | |
US20170153318A1 (en) | Radar device with phase noise estimation | |
EP1262793A1 (en) | Method and apparatus for removing a DC-offset in the frequency spectrum before performing Fourier transform in a radar | |
US7109916B2 (en) | Device for, in particular bistatic radar applications | |
US8223064B2 (en) | Spectral analysis and FMCW automotive radar utilizing the same | |
US20170199270A1 (en) | Radar device with noise cancellation | |
EP2000810B1 (en) | Determination of sine wave period | |
JPH07234275A (en) | Short-distance microwave detection for radar system utilizing frequency-modulated continuous wave and stepwise frequency | |
EP0229772B1 (en) | A method of motion compensation in synthetic aperture radar target imaging and a system for performing the method | |
JP2008516213A5 (en) | ||
JP2008516213A (en) | Electro-optic distance measurement method by determining non-ideal chirp shape | |
CN110095759A (en) | The spectral estimation of noise in radar installations | |
US6664919B2 (en) | Radar device | |
US7242344B2 (en) | Radar apparatus and radar signal processing method | |
US7961139B2 (en) | Digital beam forming using frequency-modulated signals | |
Meinecke et al. | Instantaneous target velocity estimation using a network of a radar and repeater elements | |
Edstaller et al. | A cooperative radar system with active reference target synchronization for kinematic target analysis | |
EP0436302A2 (en) | Integrated altimeter and doppler velocity sensor arrangement | |
RU2239845C2 (en) | Method and system for radar measurement of speeds and co-ordinates of objects (modifications) | |
KR100661748B1 (en) | Apparatus for removing leakage signal of fmcw radar | |
CN112262324A (en) | Operating method, control unit, lidar system and device for a lidar system |
Legal Events
Date | Code | Title | Description |
---|---|---|---|
MM4A | The patent is invalid due to non-payment of fees |
Effective date: 20120826 |